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.
Similar content being viewed by others
References
P. A. G. Scheuer, Nature 218, 920 (1968).
B. J. Rickett, Nature 221, 158 (1969).
B. J. Rickett, W. A. Coles, and G. Bourgois, Astron. Astrophys. 134, 390 (1984).
W. Sieber, Astron. Astrophys. 113, 311 (1982).
B. J. Rickett, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 28, 561 (1990).
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).
H. E. Bignall, A. V. Tuntsov, J. Stevens, K. Bannister, M. A. Walker, and C. Reynolds, Mon. Not. R. Astron. Soc. 513, 2770 (2022).
S. J. Wagner, and A. Witzel, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 33, 163 (1995).
B. J. Rickett, A. G. Lyne, and Y. Gupta, Mon. Not. R. Astron. Soc. 287, 739 (1997).
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).
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).
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).
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).
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).
M. A. Walker, L. V. E. Koopmans, D. R. Stinebring, and W. van Straten, Mon. Not. R. Astron. Soc. 388, 1214 (2008).
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).
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).
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).
D. R. Lorimer, M. Bailes, M. A. McLaughlin, D. J. Narkevic, and F. Crawford, Science 318, 777 (2007).
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).
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).
J. M. Cordes, and S. Chatterjee, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 57, 417 (2019).
J. M. Cordes, and B. J. Rickett, Astrophys. J. 507, 846 (1998).
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).
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).
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).
R. McKinven, et al. (Chime/Frb Collaboration), Astronom. Telegram 15679, 1 (2022).
Z. Yu, F. Deng, C. Niu, J. Li, S. Sun, W. Wang, Y. Wang, F. Wu, and X. Chen, Astronom. Telegram 15758, 1 (2022).
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).
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).
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).
L. Qian, R. Yao, J. Sun, J. Xu, Z. Pan, and P. Jiang, Innovation 1, 100053 (2020).
V. Ravi, Astronom. Telegram 15716, 1 (2022).
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).
S. Ransom, PRESTO: PulsaR Exploration and Search TOolkit (Astrophysics Source Code Library, SAO/NASA Astrophysics Data System, 2011).
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).
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).
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).
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).
M. A. Walker, D. B. Melrose, D. R. Stinebring, and C. M. Zhang, Mon. Not. R. Astron. Soc. 354, 43 (2004).
J. M. Cordes, B. J. Rickett, D. R. Stinebring, and W. A. Coles, Astrophys. J. 637, 346 (2006).
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).
W. A. Coles, B. J. Rickett, J. J. Gao, G. Hobbs, and J. P. W. Verbiest, Astrophys. J. 717, 1206 (2010).
N. D. R. Bhat, S. M. Ord, S. E. Tremblay, S. J. McSweeney, and S. J. Tingay, Astrophys. J. 818, 86 (2016).
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).
C. D. Bochenek, V. Ravi, K. V. Belov, G. Hallinan, J. Kocz, S. R. Kulkarni, and D. L. McKenna, Nature 587, 59 (2020).
A. G. Lyne, and D. R. Lorimer, Nature 369, 127 (1994).
B. Anderson, A. G. Lyne, and R. J. Peckham, Nature 258, 215 (1975).
A. G. Lyne, R. S. Pritchard, and F. Graham-Smith, Mon. Not. R. Astron. Soc. 321, 67 (2001).
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).
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).
J. M. Cordes, and T. J. W Lazio, arXiv: astro-ph/0301598.
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).
J. M. Yao, R. N. Manchester, and N. Wang, Astrophys. J. 835, 29 (2017).
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).
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).
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).
A. G. Lyne, Nature 310, 300 (1984).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding authors
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
About this article
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
Received:
Accepted:
Published:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-023-2186-2