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¿Cómo sabemos que estas ráfagas de radio proceden de miles de millones de años luz?

La NASA acaba de anunciar que detectaron las primeras ráfagas de radio procedentes del exterior de nuestra galaxia .

Astrónomos, entre ellos un miembro del equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena (California), han detectado la primera población de ráfagas de radio que se sabe que proceden de galaxias situadas más allá de nuestra Vía Láctea. Se desconocen las fuentes de los estallidos de luz pero es probable que los desencadenantes sean cataclismos, como la fusión o la explosión de estrellas.

Las nuevas detecciones de ráfagas de radio (cuatro en total) son de miles de millones de años luz de distancia borrando cualquier duda de que el fenómeno es real.

Si no sabemos cuál es la fuente, ¿cómo podemos saber a qué distancia está? ¿Cómo podemos saber la distancia que han recorrido las ondas luminosas?

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barry Puntos 131

Los Ciencia resumen es "Radio Bursts, Origin Unknown" de Cordes, resumen aquí . Brevemente, señala que una ráfaga de ondas de radio sufrirá una dispersión en el medio interestelar e intergaláctico (ISM e IGM), cuya cantidad es indicativa de cuánta materia ha atravesado la señal.

En general, el ISM/IGM está formado en gran parte por protones y electrones libres. Como plasma, este medio tiene una frecuencia dependiente de frecuencia de plasma por lo que los diferentes componentes de frecuencia se propagarán a velocidades ligeramente diferentes (justo por debajo de la velocidad de la luz). (De hecho, las ondas de radio de frecuencia demasiado baja no pueden propagarse en absoluto a través del "vacío" del espacio).

Cuanto más material haya atravesado la señal, más disperso será el pulso, y las frecuencias más bajas llegarán después de las más altas. Suponiendo que Si se conoce la forma original del pulso (tal vez se trate de un pico muy agudo, al menos en comparación con lo ancho que es en el momento en que lo detectamos), se puede tomar la forma del pulso detectado y calcular cuánta dispersión se ha producido. Entonces cabe preguntarse: "¿Cuánto de esto se debe al material de nuestra propia galaxia?", lo que puede responderse basándose en los mapas que los astrónomos han construido de la capa interestelar ( intra -galáctico) a lo largo de varias líneas de visión. A continuación se adivina (de manera educada) cuánto se debe al host galaxia de la fuente. El resto se atribuye a la IGM, que, suponiendo cierta densidad uniforme, arroja una distancia. También se puede encontrar un resumen de esta técnica en Wikipedia; véase Dispersión en el tiempo de los púlsares

Resulta que, efectivamente, este es el método utilizado en el Ciencia papel de Thornton et al. Una población de ráfagas de radio rápidas a distancias cosmológicas", resumen. aquí a la que se refería el comunicado de prensa de la NASA. Estos sucesos en particular se encontraron a una latitud galáctica elevada, lo que significa que se observaron mirando "hacia arriba" o "hacia abajo" fuera del plano de la galaxia, en lugar de a través del grueso del disco, por lo que no gran parte de la dispersión medida puede atribuirse al ISM de la Vía Láctea.

Ese segundo artículo de Wikipedia define la medida de dispersión. El artículo de Thornton informa que las medidas de dispersión para estos cuatro objetos son $553$ , $723$ , $944$ y $1104\ \mathrm{pc/cm^3}$ . Después de restar el efecto de nuestro propio ISM, concluyen que las medidas de dispersión extragaláctica (incluyendo cualquier contribución de las galaxias anfitrionas) son $521$ , $677$ , $910$ y $1072\ \mathrm{pc/cm^3}$ . A continuación asuma las medidas de dispersión de acogida son $100\ \mathrm{pc/cm^3}$ en todos los casos, restarlo y dividirlo por un valor de densidad numérica de electrones IGM (en $\mathrm{cm^{-3}}$ para obtener una distancia en pársecs). En realidad, este último paso es un poco más complicado debido a que el universo se ha expandido durante el largo tiempo que han viajado esas ondas de radio, pero los autores lo tienen en cuenta.

En resumen, la radioastronomía utiliza el hecho de que el espacio entre las galaxias es pas completamente vacías, y que las ondas de radio, como todas las formas de luz, se ralentizan de diversas maneras cuando viajan a través de la materia. Esto resulta especialmente útil cuando la señal no tiene características espectrales definidas a partir de las cuales obtener corrimientos al rojo (esta técnica es habitual en astronomía óptica, UV e IR).

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Prakash Wadhwani Puntos 136

Una distancia fundamental en el universo es la distancia propia cósmica. A diferencia de las distancias de luminosidad y diámetro angular, que corresponden al tamaño angular, la distancia propia cósmica es la longitud de la trayectoria de la luz desde la fuente hasta el observador. Esta distancia propia puede calcularse a partir de las mediciones del corrimiento al rojo de las FRB. También la relación distancia-desplazamiento al rojo se deriva de las medidas de dispersión (DMs) de los FRBs con desplazamientos al rojo medidos.

Las condiciones necesarias para que una sonda pueda medir la distancia propia cósmica son las siguientes:

  1. Debería cambiar con el desplazamiento al rojo de una forma bien entendida y ser independiente de la curvatura cósmica.
  2. Debería registrar la información sobre la expansión del Universo.

Obsérvese que, las velas estándar y las reglas estándar no pueden utilizarse ya que dependen de la curvatura cósmica.

Una señal de radio que viaja a través de IGM presenta un desplazamiento cuadrático en su tiempo de llegada en función de la frecuencia, lo que se conoce como medida de dispersión (DM). Esta DM puede medirse con gran precisión para una FRB. Sin embargo, esta DM incluye varios componentes que son causados por el plasma en la IGM, la galaxia Vía Láctea, la galaxia anfitriona de la FRB, e incluso la propia fuente. $$DM_{obs}=DM_{IGM}+DM_{MilkyWay}+\frac{DM_{host}+DM_{source}}{1+z}$$ Sólo el $DM_{IGM}$ contiene la información de la distancia adecuada. Por lo tanto, es necesario eliminar otros componentes del $DM_{obs}$ . En $DM_{MilkyWay}$ puede calcularse fácilmente a partir de los datos del púlsar y puede eliminarse. El $(DM_{host}+DM_{source})$ puede determinarse basándose en la suposición de que no evoluciona con el desplazamiento al rojo y, afortunadamente, el último término de la expresión anterior disminuye aún más debido al $(1+z)$ en el denominador. Mientras que $DM_{IGM}$ aumenta con el desplazamiento al rojo, $\frac{DM_{host}+DM_{source}}{1+z}$ no es importante a alto corrimiento al rojo y puede tratarse como una incertidumbre.

La DM de la señal de radio es proporcional a la densidad de columna integrada de electrones libres a lo largo de la línea de visión. Además, la medición del desplazamiento al rojo de la fuente proporciona información sobre la expansión del Universo. En el caso de una FRB, el DM puede medirse directamente y su corrimiento al rojo puede estimarse observando su galaxia anfitriona o su resplandor posterior. Por lo tanto, la relación distancia-desplazamiento al rojo se puede derivar con las medidas de DM y desplazamiento al rojo de una gran muestra de datos de FRB y, en última instancia, se puede calcular la distancia propia de la FRB.

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