Skip to main content
Log in

Scintillation Arc from FRB 20220912A

  • Article
  • Published:
Science China Physics, Mechanics & Astronomy Aims and scope Submit manuscript

Abstract

We present the interstellar scintillation analysis of fast radio burst (FRB) 20220912A during its extremely active episode in 2022 using data from the Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST). We detect a scintillation arc in the FRB’s secondary spectrum, which describes the power in terms of the scattered FRB signals’ time delay and Doppler shift. The arc indicates that the scintillation is caused by a highly localized region. Our analysis favors a Milky Way origin of the ionized interstellar medium (IISM) for the localized scattering medium but cannot rule out a host galaxy origin. We present our method for detecting the scintillation arc, which can be applied generally to sources with irregularly spaced bursts or pulses. These methods could help shed light on the complex interstellar environment surrounding the FRBs and in our Galaxy.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Similar content being viewed by others

References

  1. P. A. G. Scheuer, Nature 218, 920 (1968).

    Article  ADS  Google Scholar 

  2. B. J. Rickett, Nature 221, 158 (1969).

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. B. J. Rickett, W. A. Coles, and G. Bourgois, Astron. Astrophys. 134, 390 (1984).

    ADS  Google Scholar 

  4. W. Sieber, Astron. Astrophys. 113, 311 (1982).

    ADS  Google Scholar 

  5. B. J. Rickett, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 28, 561 (1990).

    Article  ADS  Google Scholar 

  6. Y. Liu, J. P. W. Verbiest, R. A. Main, Z. Wu, K. M. Ambalappat, D. J. Champion, I. Cognard, L. Guillemot, M. Gaikwad, G. H. Janssen, M. Kramer, M. J. Keith, R. Karuppusamy, L. Künkel, K. Liu, J. W. McKee, M. B. Mickaliger, B. W. Stappers, G. M. Shaifullah, and G. Theureau, Astron. Astrophys. 664, A116 (2022).

    Article  Google Scholar 

  7. H. E. Bignall, A. V. Tuntsov, J. Stevens, K. Bannister, M. A. Walker, and C. Reynolds, Mon. Not. R. Astron. Soc. 513, 2770 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  8. S. J. Wagner, and A. Witzel, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 33, 163 (1995).

    Article  ADS  Google Scholar 

  9. B. J. Rickett, A. G. Lyne, and Y. Gupta, Mon. Not. R. Astron. Soc. 287, 739 (1997).

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. D. R. Stinebring, M. A. McLaughlin, J. M. Cordes, K. M. Becker, J. E. E. Goodman, M. A. Kramer, J. L. Sheckard, and C. T. Smith, Astrophys. J. 549, L97 (2001).

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. W. F. Brisken, J. P. Macquart, J. J. Gao, B. J. Rickett, W. A. Coles, A. T. Deller, S. J. Tingay, and C. J. West, Astrophys. J. 708, 232 (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. D. J. Reardon, W. A. Coles, M. Bailes, N. D. R. Bhat, S. Dai, G. B. Hobbs, M. Kerr, R. N. Manchester, S. Osłowski, A. Parthasarathy, C. J. Russell, R. M. Shannon, R. Spiewak, L. Toomey, A. V. Tuntsov, W. van Straten, M. A. Walker, J. Wang, L. Zhang, and X. J. Zhu, Astrophys. J. 904, 104 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. J. Yao, W. Zhu, R. N. Manchester, W. A. Coles, D. Li, N. Wang, M. Kramer, D. R. Stinebring, Y. Feng, W. Yan, C. Miao, M. Yuan, P. Wang, and J. Lu, Nat. Astron. 5, 788 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  14. D. Zhang, Z. Tao, M. Yuan, J. Yao, P. Wang, Q. Zhi, W. Zhu, X. Shi, M. Kramer, D. Li, L. Zhang, and G. Li, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 66, 299511 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. M. A. Walker, L. V. E. Koopmans, D. R. Stinebring, and W. van Straten, Mon. Not. R. Astron. Soc. 388, 1214 (2008).

    ADS  Google Scholar 

  16. R. A. Main, A. Parthasarathy, S. Johnston, A. Karastergiou, A. Basu, A. D. Cameron, M. J. Keith, L. S. Oswald, B. Posselt, D. J. Reardon, X. Song, and P. Weltevrede, Mon. Not. R. Astron. Soc. 518, 1086 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. D. R. Stinebring, B. J. Rickett, A. H. Minter, A. S. Hill, A. P. Jussila, L. Mathis, M. A. McLaughlin, S. K. Ocker, and S. M. Ransom, Astrophys. J. 941, 34 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  18. Z. Wu, J. P. W. Verbiest, R. A. Main, J. M. Grießmeier, Y. Liu, S. Osłowski, K. Moochickal Ambalappat, A. S. B. Nielsen, J. Künsemöller, J. Y. Donner, C. Tiburzi, N. Porayko, M. Serylak, L. Künkel, M. Brüggen, and C. Vocks, Astron. Astrophys. 663, A116 (2022).

    Article  Google Scholar 

  19. D. R. Lorimer, M. Bailes, M. A. McLaughlin, D. J. Narkevic, and F. Crawford, Science 318, 777 (2007).

    Article  ADS  CAS  PubMed  Google Scholar 

  20. K. Masui, H. H. Lin, J. Sievers, C. J. Anderson, T. C. Chang, X. Chen, A. Ganguly, M. Jarvis, C. Y. Kuo, Y. C. Li, Y. W. Liao, M. McLaughlin, U. L. Pen, J. B. Peterson, A. Roman, P. T. Timbie, T. Voytek, and J. K. Yadav, Nature 528, 523 (2015).

    Article  ADS  CAS  PubMed  Google Scholar 

  21. V. Ravi, R. M. Shannon, M. Bailes, K. Bannister, S. Bhandari, N. D. R. Bhat, S. Burke-Spolaor, M. Caleb, C. Flynn, A. Jameson, S. Johnston, E. F. Keane, M. Kerr, C. Tiburzi, A. V. Tuntsov, and H. K. Vedantham, Science 354, 1249 (2016).

    Article  ADS  CAS  PubMed  Google Scholar 

  22. J. M. Cordes, and S. Chatterjee, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 57, 417 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. J. M. Cordes, and B. J. Rickett, Astrophys. J. 507, 846 (1998).

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. Z. Wu, W. A. Coles, J. P. W. Verbiest, K. M. Ambalappat, C. Tiburzi, J. M. Grießmeier, R. A. Main, Y. Liu, M. Kramer, O. Wucknitz, N. Porayko, S. Osłowski, A. S. B. Nielsen, J. Y. Donner, M. Hoeft, M. Brüggen, C. Vocks, R. J. Dettmar, G. Theureau, M. Serylak, V. Kondratiev, J. W. McKee, G. M. Shaifullah, I. P. Kravtsov, V. V. Zakharenko, O. Ulyanov, O. O. Konovalenko, P. Zarka, B. Cecconi, L. V. E. Koopmans, and S. Corbel, Mon. Not. R. Astron. Soc. 520, 5536 (2023).

    Article  ADS  CAS  Google Scholar 

  25. S. Koch Ocker, J. M. Cordes, S. Chatterjee, C. H. Niu, D. Li, J. W. McKee, C. J. Law, C. W. Tsai, R. Anna-Thomas, J. M. Yao, and M. Cruces, Astrophys. J. 931, 87 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  26. R. A. Main, S. Bethapudi, V. R. Marthi, M. L. Bause, D. Z. Li, H. H. Lin, L. G. Spitler, and R. S. Wharton, Mon. Not. R. Astron. Soc.-Lett. 522, L36 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  27. R. McKinven, et al. (Chime/Frb Collaboration), Astronom. Telegram 15679, 1 (2022).

    ADS  Google Scholar 

  28. Z. Yu, F. Deng, C. Niu, J. Li, S. Sun, W. Wang, Y. Wang, F. Wu, and X. Chen, Astronom. Telegram 15758, 1 (2022).

    ADS  Google Scholar 

  29. Y. Zhang, J. Niu, Y. Feng, W. Zhu, B. Zhang, L. Di, Y. Zhu, S. Cao, C. Tsai, D. Li, W. Yu, H. Xu, C. Zhang, K. Lee, C. Niu, D. Zhou, J. Han, L. Qian, W. Wang, Y. Yue, and Y. Yang, Astronom. Telegram 15733, 1 (2022).

    ADS  Google Scholar 

  30. P. Jiang, Y. L. Yue, H. Q. Gan, R. Yao, H. Li, G. F. Pan, J. H. Sun, D. J. Yu, H. F. Liu, N. Y. Tang, L. Qian, J. G. Lu, J. Yan, B. Peng, S. X. Zhang, Q. M. Wang, Q. Li, and D. Li, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 62, 959502 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  31. P. Jiang, N. Y. Tang, L. G. Hou, M. T. Liu, M. Krčo, L. Qian, J. H. Sun, T. C. Ching, B. Liu, Y. Duan, Y. L. Yue, H. Q. Gan, R. Yao, H. Li, G. F. Pan, D. J. Yu, H. F. Liu, D. Li, B. Peng, and J. Yan, Res. Astron. Astrophys. 20, 064 (2020).

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. L. Qian, R. Yao, J. Sun, J. Xu, Z. Pan, and P. Jiang, Innovation 1, 100053 (2020).

    PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  33. V. Ravi, Astronom. Telegram 15716, 1 (2022).

    ADS  Google Scholar 

  34. J. R. Niu, W. W. Zhu, B. Zhang, M. Yuan, D. J. Zhou, Y. K. Zhang, J. C. Jiang, J. L. Han, D. Li, K. J. Lee, P. Wang, Y. Feng, D. Z. Li, R. Luo, F. Y. Wang, Z. G. Dai, C. C. Miao, C. H. Niu, H. Xu, C. F. Zhang, W. Y. Wang, B. J. Wang, and J. W. Xu, Res. Astron. Astrophys. 22, 124004 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  35. S. Ransom, PRESTO: PulsaR Exploration and Search TOolkit (Astrophysics Source Code Library, SAO/NASA Astrophysics Data System, 2011).

  36. Y. K. Zhang, D. Li, B. Zhang, S. Cao, Y. Feng, W. Y. Wang, Y. Qu, J. R. Niu, W. W. Zhu, J. L. Han, P. Jiang, K. J. Lee, D. Z. Li, R. Luo, C. H. Niu, C. W. Tsai, P. Wang, F. Y. Wang, Z. W. Wu, H. Xu, Y. P. Yang, J. S. Zhang, D. J. Zhou, and Y. H. Zhu, Astrophys. J. 955, 142 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. R. A. Main, G. H. Hilmarsson, V. R. Marthi, L. G. Spitler, R. S. Wharton, S. Bethapudi, D. Z. Li, and H. H. Lin, Mon. Not. R. Astron. Soc. 509, 3172 (2022b).

    Article  ADS  CAS  Google Scholar 

  38. D. J. Zhou, J. L. Han, B. Zhang, K. J. Lee, W. W. Zhu, D. Li, W. C. Jing, W. Y. Wang, Y. K. Zhang, J. C. Jiang, J. R. Niu, R. Luo, H. Xu, C. F. Zhang, B. J. Wang, J. W. Xu, P. Wang, Z. L. Yang, and Y. Feng, Res. Astron. Astrophys. 22, 124001 (2022).

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. D. J. Reardon, W. A. Coles, G. Hobbs, S. Ord, M. Kerr, M. Bailes, N. D. R. Bhat, and V. Venkatraman Krishnan, Mon. Not. R. Astron. Soc. 485, 4389 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. M. A. Walker, D. B. Melrose, D. R. Stinebring, and C. M. Zhang, Mon. Not. R. Astron. Soc. 354, 43 (2004).

    Article  ADS  Google Scholar 

  41. J. M. Cordes, B. J. Rickett, D. R. Stinebring, and W. A. Coles, Astrophys. J. 637, 346 (2006).

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. V. Ravi, M. Catha, G. Chen, L. Connor, J. T. Faber, J. W. Lamb, G. Hallinan, C. Harnach, G. Hellbourg, R. Hobbs, D. Hodge, M. Hodges, C. Law, P. Rasmussen, K. Sharma, M. B. Sherman, J. Shi, D. Simard, R. Squillace, S. Weinreb, D. P. Woody, N. Yadlapalli, T. Ahumada, D. Dong, C. Fremling, Y. Huang, V. Karambelkar, and J. M. Miller, Astrophys. J. Lett. 949, L3 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. W. A. Coles, B. J. Rickett, J. J. Gao, G. Hobbs, and J. P. W. Verbiest, Astrophys. J. 717, 1206 (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. N. D. R. Bhat, S. M. Ord, S. E. Tremblay, S. J. McSweeney, and S. J. Tingay, Astrophys. J. 818, 86 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. D. Michilli, A. Seymour, J. W. T. Hessels, L. G. Spitler, V. Gajjar, A. M. Archibald, G. C. Bower, S. Chatterjee, J. M. Cordes, K. Gourdji, G. H. Heald, V. M. Kaspi, C. J. Law, C. Sobey, E. A. K. Adams, C. G. Bassa, S. Bogdanov, C. Brinkman, P. Demorest, F. Fernandez, G. Hellbourg, T. J. W. Lazio, R. S. Lynch, N. Maddox, B. Marcote, M. A. McLaughlin, Z. Paragi, S. M. Ransom, P. Scholz, A. P. V. Siemion, S. P. Tendulkar, P. Van Rooy, R. S. Wharton, and D. Whitlow, Nature 553, 182 (2018).

    Article  ADS  CAS  PubMed  Google Scholar 

  46. C. D. Bochenek, V. Ravi, K. V. Belov, G. Hallinan, J. Kocz, S. R. Kulkarni, and D. L. McKenna, Nature 587, 59 (2020).

    Article  ADS  CAS  PubMed  Google Scholar 

  47. A. G. Lyne, and D. R. Lorimer, Nature 369, 127 (1994).

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. B. Anderson, A. G. Lyne, and R. J. Peckham, Nature 258, 215 (1975).

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. A. G. Lyne, R. S. Pritchard, and F. Graham-Smith, Mon. Not. R. Astron. Soc. 321, 67 (2001).

    Article  ADS  Google Scholar 

  50. M. Amiri, B. C. Andersen, K. M. Bandura, M. Bhardwaj, P. J. Boyle, C. Brar, P. Chawla, T. Chen, J. F. Cliche, D. Cubranic, M. Deng, N. T. Denman, M. Dobbs, F. Q. Dong, M. Fandino, E. Fonseca, B. M. Gaensler, U. Giri, D. C. Good, M. Halpern, J. W. T. Hessels, A. S. Hill, C. Höfer, A. Josephy, J. W. Kania, R. Karuppusamy, V. M. Kaspi, A. Keimpema, F. Kirsten, T. L. Landecker, D. A. Lang, C. Leung, D. Z. Li, H. H. Lin, B. Marcote, K. W. Masui, R. Mckinven, J. Mena-Parra, M. Merryfield, D. Michilli, N. Milutinovic, A. Mirhosseini, A. Naidu, L. B. Newburgh, C. Ng, K. Nimmo, Z. Paragi, C. Patel, U. L. Pen, T. Pinsonneault-Marotte, Z. Pleunis, M. Rafiei-Ravandi, M. Rahman, S. M. Ransom, A. Renard, P. Sanghavi, P. Scholz, J. R. Shaw, K. Shin, S. R. Siegel, S. Singh, R. J. Smegal, K. M. Smith, I. H. Stairs, S. P. Tendulkar, I. Tretyakov, K. Vanderlinde, H. Wang, X. Wang, D. Wulf, P. Yadav, and A. V. Zwaniga, Nature 582, 351 (2020).

    Article  ADS  CAS  Google Scholar 

  51. R. Main, I. S. Yang, V. Chan, D. Li, F. X. Lin, N. Mahajan, U. L. Pen, K. Vanderlinde, and M. H. van Kerkwijk, Nature 557, 522 (2018).

    Article  ADS  CAS  PubMed  Google Scholar 

  52. J. M. Cordes, and T. J. W Lazio, arXiv: astro-ph/0301598.

  53. J. P. Macquart, J. X. Prochaska, M. McQuinn, K. W. Bannister, S. Bhandari, C. K. Day, A. T. Deller, R. D. Ekers, C. W. James, L. Marnoch, S. Osłowski, C. Phillips, S. D. Ryder, D. R. Scott, R. M. Shannon, and N. Tejos, Nature 581, 391 (2020).

    Article  ADS  CAS  PubMed  Google Scholar 

  54. J. M. Yao, R. N. Manchester, and N. Wang, Astrophys. J. 835, 29 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  55. R. A. Main, J. Antoniadis, S. Chen, I. Cognard, H. Hu, J. Jang, R. Karuppusamy, M. Kramer, K. Liu, Y. Liu, G. Mall, J. W. McKee, M. B. Mickaliger, D. Perrodin, S. A. Sanidas, B. W. Stappers, T. Sprenger, O. Wucknitz, C. G. Bassa, M. Burgay, R. Concu, M. Gaikwad, G. H. Janssen, K. J. Lee, A. Melis, M. Pilia, A. Possenti, L. Wang, and W. W. Zhu, Mon. Not. R. Astron. Soc. 525, 1079 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  56. Y. Liu, R. A. Main, J. P. W. Verbiest, Z. Wu, K. M. Ambalappat, J. Lu, D. J. Champion, I. Cognard, L. Guillemot, K. Liu, J. W. McKee, N. Porayko, G. M. Shaifullah, and G. Theureau, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 66, 119512 (2023).

    Article  ADS  Google Scholar 

  57. R. Main, R. Lin, M. H. van Kerkwijk, U. L. Pen, A. G. Rudnitskii, M. V. Popov, V. A. Soglasnov, and M. Lyutikov, Astrophys. J. 915, 65 (2021).

    Article  ADS  Google Scholar 

  58. A. G. Lyne, Nature 310, 300 (1984).

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding authors

Correspondence to Zi-Wei Wu or Wei-Wei Zhu.

Ethics declarations

Conflict of interest The authors declare that they have no conflict of interest.

Additional information

This work was supported by the National SKA Program of China (Grant Nos. 2020SKA0120200, and 2020SKA0120100), the CAS Project for Young Scientists in Basic Research (Grant No. YSBR-063), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12041303, 11988101, 11833009, 11873067, 12041304, and 12203045), the National Key R&D Program of China (Grant Nos. 2017YFA0402600, 2021YFA0718500, 2017YFA0402602, and 2022YFC2205203), the CAS-MPG LEGACY Project, the Max-Planck Partner Group, the Key Research Project of Zhejiang Lab (Grant No. 2021PE0AC0), and the Western Light Youth Project of Chinese Academy of Sciences. This work made use of data from the FAST. FAST is a Chinese national mega-science facility, built and operated by the National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Wu, ZW., Main, R.A., Zhu, WW. et al. Scintillation Arc from FRB 20220912A. Sci. China Phys. Mech. Astron. 67, 219512 (2024). https://doi.org/10.1007/s11433-023-2186-2

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-023-2186-2

Navigation