Gibt es astronomische Phänomene, die starke Radiowellen mit Vielfachen einer diskreten Frequenz aussenden könnten?

Ich glaube, Sie haben den Artikel falsch verstanden - die Menge, die bei ganzzahligen Vielfachen einer bestimmten Zahl aufzutreten schien, ist nicht die Frequenz der Funkemission, sondern das Dispersionsmaß (DM) der Quelle. Während sich Photonen durch das interstellare Medium bewegen, bedeuten Wechselwirkungen mit freien Elektronen, dass Photonen mit niedrigerer Frequenz länger brauchen, um den Beobachter zu erreichen, als Photonen mit höherer Frequenz. Die Zeitverzögerung zwischen Photonen mit der Frequenz$\nu_1$Und$\nu_2$Ist

$$t_1-t_2=4.15\left(\frac{\text{DM}}{\text{pc cm}^{-3}}\right)\left[\left(\frac{\nu_1}{\text{GHz}}\right)^{-2}-\left(\frac{\nu_2}{\text{GHz}}\right)^{-2}\right]\;\text{ms}$$ wobei das Dispersionsmaß als das Integral der freien Elektronenzahldichte definiert ist$n_e$über den Weg zwischen Quelle und Beobachter: $$\text{DM}\equiv\int n_e\;d\text{l}$$ In gewissem Sinne ist das Streuungsmaß ein Entfernungsproxy. Wenn wir eine Uniform hätten$n_e$, dann würde das DM perfekt linear mit der Entfernung zu einer Quelle skalieren. Allerdings ist die galaktische Elektronendichte nicht in alle Richtungen gleichmäßig; Es ist offensichtlich viel höher in der Scheibe, was bedeutet, dass eine Quelle innerhalb der Scheibe in einiger Entfernung von uns einen niedrigeren DM hat als eine Quelle im Halo in der gleichen Entfernung. Beachten Sie, dass der DM keine intrinsische Eigenschaft der Quelle ist – er hängt vom Standort des Beobachters ab.

Der Punkt des in dem Artikel zitierten Papiers ( Hippke et al. 2015 ) ist, dass die Dispersionsmaße der 11 schnellen Funkstöße (FRBs) scheinbar in die Nähe von ganzzahligen Vielfachen von 187,5 pc cm fallen$^{-3}$. Es gibt sicherlich Variationen, obwohl ich nicht weiß, wie die Abweichungen im Vergleich zu den Messunsicherheiten aussehen. Die Autoren argumentieren, dass dies erklärt werden könnte, wenn FRBs tatsächlich künstlich sind – mit anderen Worten, wenn es eine Art von Menschen gemachte Quelle gibt, die mit unterschiedlichen Frequenzen emittiert, wobei jede Frequenz zu einem anderen Zeitpunkt emittiert wird, was die Auswirkungen der interstellaren Dispersion nachahmt.

Unser Wissen über FRBs ist seitdem gewachsen, da die Stichprobengröße dramatisch zugenommen hat und die meisten bekannten DMs ziemlich stark vom Trend abweichen. Ich weiß nicht, ob sich jemand diese kleine Stichprobe noch einmal angesehen hat, aber an diesem Punkt besteht der extrem breite Konsens darin, dass FRBs astrophysikalische (meistens extragalaktische) Quellen sind. Im Laufe der Jahre wurde eine breite Palette von Mechanismen vorgeschlagen, von denen einige inzwischen ausgeschlossen und andere durch weitere Beobachtungen gestützt wurden.

Eine Anmerkung zu Pulsaren: Der Artikel besagt nicht, dass die Pulsare keine FRB-Quellen sind – die Stichprobengröße war damals viel zu klein, um sie auszuschließen –, sondern dass sich schnelle Funkstöße signifikant von der typischen Pulsaremission unterscheiden, was tendenziell der Fall ist Uniform. Es gibt immer noch funktionsfähige FRB-Mechanismen, an denen Pulsare beteiligt sind, wie z. B. Riesenpulse junger Pulsare, und Neutronensterne im Allgemeinen spielen in einigen derzeit bevorzugten Theorien, wie z. B. Magnetar-Eruptionen, eine Rolle.

Alles in allem denke ich, dass es sich lohnt, die Titelfrage zu beantworten. Es ist in der Tat wahr, dass einige Radioquellen bei ganzzahligen Vielfachen einer bestimmten Frequenz emittieren – nämlich Spektrallinien von Rotationsübergängen in Molekülen. In einem Molekül mit Trägheitsmoment$I$, die Energie des Zustands mit der Drehimpulszahl$J$Ist

$$E_{\text{rot}}=\left(\frac{\hbar^2}{2I}\right)J(J+1),\quad J=0,1,2,\cdots$$ Ein Übergang von$J$Zu$J-1$setzt dann eine Energie frei $$\Delta E_{\text{rot}}=\frac{\hbar^2J}{I}$$ und führt zur Emission eines Photons mit Frequenz $$\nu=\frac{\hbar J}{2\pi I}$$ Als bemerkenswertes Beispiel ist die$\text{CO}$Molekül$^{\dagger}$emittiert ein Photon bei$\nu\approx115\;\text{GHz}$während der$J=1\to0$Übergang, bei$\nu\approx230\;\text{GHz}$während der$J=2\to1$Übergang und so weiter. Denken Sie jedoch daran, dass schnelle Funkstöße Breitbandquellen sind, und obwohl spektrale Funklinien durch bestimmte Mechanismen eine gewisse Verbreiterung aufweisen, ist dies einfach nicht vergleichbar - die Emissionsprofile sind völlig unterschiedlich.

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$^{\dagger}$Insbesondere das gemeinsame Isotop$^{12}\text{C}^{16}\text{O}$. Andere Isotope wie$^{13}\text{C}^{16}\text{O}$haben entsprechende Linien bei leicht unterschiedlichen Frequenzen.