Snabba radiopulser används för att mäta kosmisk materiefördelning för första gången

Ett team av astronomer har för första gången visat att snabba radiopulser (FRB:er) — intensiva, millisekunder långa glimtar av radioljus från universum — direkt kan mäta hur explosiva processer inuti galaxer jämnar ut fördelningen av materia i omgivningen. Detta är ett resultat som kan vässa några av de viktigaste mätningarna inom kosmologin.

Att särskilja feedback från fundamental fysik

Studien, som publicerades på tisdagen i Nature Astronomy, använde ett urval av 109 snabba radiopulser med kända avstånd och spridningsmått för att kvantifiera hur astrofysisk feedback — energi som tillförs av supermassiva svarta hål och exploderande stjärnor — dämpar klustringen av vanlig materia på skalor som är relevanta för kosmologiska undersökningar. Arbetet leddes av Kritti Sharma, doktorand vid Caltech, tillsammans med Vikram Ravi, professor i astronomi vid Caltech, och Elisabeth Krause, professor vid University of Arizona.caltech+2

När FRB-signaler färdas miljarder ljusår för att nå jorden passerar de genom gas som sprider radiovågorna i proportion till mängden materia längs vägen. Denna spridning gör FRB:er till naturliga sonder för hur baryonisk materia — det som stjärnor, planeter och människor består av — är spridd genom universum.caltech

Det centrala problemet som teamet tog sig an är att feedback från galaxer omfördelar gas över stora avstånd och jämnar ut materieklumpar "på ett sätt som ser förvånansvärt likt ut det som massiva neutriner gör, eller vad teorier om mörk energi eller mörk materia förutsäger," sa Ravi. Om inte forskare oberoende kan mäta detta feedback-bidrag kan de inte särskilja det från de kosmologiska signaler de söker.caltech

Konkurrenskraftiga begränsningar från ett litet urval

Studien fann att FRB-data minskade osäkerheten i feedback-mätningar på vissa rumsliga skalor med en faktor på ungefär åtta jämfört med tidigare antaganden, vilket ger begränsningar som är konkurrenskraftiga med de från röntgen- och mikrovågsundersökningar som eROSITA-teleskopet och det tidigare Atacama Cosmology Telescope. En jämförelse med hydrodynamiska simuleringar uteslöt extrema storskaliga feedback-scenarier med ungefär två-sigma konfidens.arxiv+1

"Detta är fantastiskt med tanke på att vi bara hade cirka 100 FRB:er i vårt urval. Det är bara början," sa Krause.caltech

Ett större teleskop vid horisonten

Det planerade Deep Synoptic Array (DSA), ett radioteleskop med 1 650 antenner som ska byggas i en avlägsen dal i Nevada senast 2029, förväntas upptäcka tiotusentals FRB:er, vilket avsevärt ökar den statistiska styrkan i denna teknik. Data från DSA, finansierat av Schmidt Sciences, kommer att komplettera stora kosmologiska experiment, inklusive den europeiska Euclid-missionen, Dark Energy Spectroscopic Instrument, Vera Rubin Observatory och NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope.deepsynoptic+1

"DSA kommer att förändra spelplanen för området," sa Ravi.caltech