«Это первый быстрый радиовсплеск от известного источника»

Внегалактические сигналы против микроволновки

Быстрыми радиовсплесками (по-английски — Fast Radio Bursts, или FRB) называют радиоимпульсы длиной в несколько миллисекунд. Но сила их такова, что количество энергии, испускаемой за этот короткий промежуток, сравнимо с той, что излучает Солнце за десятки тысяч лет. Первый радиовсплеск был обнаружен группой Дункана Лоримера в 2007 году, когда его аспирант Дэвид Наркевич изучал данные австралийского 64-метрового радиотелескопа Паркс. Сигнал исходил из точки, расположенной в трех миллиардах световых лет от нас.

Ученые более десяти лет ломали голову, откуда берутся такие мощные вспышки радиоизлучения. В 2010 астрофизики обнаружили и другие подобные всплески, но выяснилось, что они имеют земное происхождение и вызваны техническими устройствами. В другой раз сверхчувствительная аппаратура в Парксе приняла за быстрые внегалактические радиовсплески излучение из-за открытия еще работающей микроволновки в здании обсерватории. Неудивительно, что скептики вовсе разуверились в существовании таких явлений.

Однако данные о новых радиовсплесках продолжали поступать — особенно со строительством нового радиотелескопа CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment — «Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода», аббревиатура переводится как «перезвон») в Британской Колумбии. Но общего объяснения причин радиовсплесков так и не было. Проблем добавляло и то, что за миллисекунды нельзя перенаправить телескоп, сфокусировав его на нужной области, а потому определить источник FRB очень сложно. В основном это удается сделать для повторяющихся радиовсплесков: в этом случае можно хотя бы знать, где они появятся в следующий раз (хотя ждать порой приходится очень долго).

«Источники быстрых радиовсплесков находятся в галактиках, расположенных в миллионах и миллиардах световых лет от нас. Если мы можем наблюдать их с такого расстояния, то они должны быть в десятки тысяч или в миллионы раз мощнее, чем то, что мы регистрируем в нашей Галактике. Множество теорий пытались объяснить это явление, но данные для их подтверждения были ограничены нехваткой источников радиовсплесков вблизи от нас», — рассказал Дэниэл Мичилле, соавтор одной из работ и сотрудник CHIME.

Журавль и Лисичка

Согласно большинству теорий, источником радиовсплесков могут быть нейтронные звезды — сверхплотные остатки переживших стадию сверхновой звезд-гигантов. Но нейтронные звезды бывают разными, и быстрые радиовсплески часто приписывали молодым. Однако с этим согласовывались не все факты. Так, источник зарегистрированного в 2019 году радиовсплеска FRB 180924 находился в созвездии Журавль на расстоянии 4 млрд световых лет от нас. Для этого FRB, кстати, впервые удалось определить хотя бы галактику происхождения, но в ней было множество старых звезд, считавшихся не очень хорошими кандидатами в источники быстрых радиовсплесков.

Весной этого года астрофизикам наконец-то повезло. Одновременно и радиотелескоп CHIME, и проект STARE2 (The Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2, что дословно переводится как «Изучение неустойчивого астрономического радиоизлучения 2», при этом аббревиатура означает «уставиться» или «глазеть») засекли один и тот же быстрый радиовсплеск FRB 200428. «28 апреля был обнаружен гигантский, невероятно яркий радиосигнал, который имел свойства FRB. Радиотелескоп CHIME в Британской Колумбии, имеющий более тысячи антенн, мы использовали для триангуляции сигнала на небе, — рассказал Дэниэл Мичилле. — Удалось определить, что сигнал испустил магнетар SGR 1935+2154». Индукция поверхностных магнитных полей магнетаров превышает 10 ¹⁴ гаусс — в тысячи раз больше, чем у звезд. SGR 1935+2154 расположен на расстоянии 30 тысяч световых лет от Земли в Млечном Пути — нашей Галактике, что только придает открытию уникальности.

Всплески в диапазоне 1281–1468 мегагерц, которые излучал SGR 1935+2154, были в 4000 раз сильнее, чем испускаемые за схожий промежуток времени пульсаром в Крабовидной туманности — предыдущим рекордсменом по радиоизлучению в нашей Галактике. Испускаемая энергия была лишь в 30 раз слабее, чем у известных нам внегалактических FRB. Однако он был обнаружен лишь за год наблюдений, тогда как более мощные подобные события, которые мы регистрируем извне, происходят сравнительно редко, а слабые могут быть не замечены на расстоянии миллиардов световых лет. По мнению исследователей, изложенному в первой статье в журнале Nature, данные согласуются либо с моделью мазеров, то есть квантовых генераторов электромагнитных волн в сантиметровом диапазоне (или микроволн — привет микроволновкам), либо с моделью магнетаров, испускающих электромагнитные импульсы и гигантские вспышки.

В поисках причины

Из тридцати ближайших к нам магнетаров (в Млечном Пути и Магеллановых Облаках) лишь пять уличены в интенсивном радиоизлучении, а вот рентгеновские и гамма-лучи для них — обычное дело. То, что яркость излучения в радиодиапазоне магнетаров нашей Галактики была на много порядков ниже, чем у источников внегалактических радиовсплесков, считалось Ахиллесовой пятой «магнетарных» теорий их происхождения. Однако зарегистрированный 28 апреля выброс энергии в виде радиоволн был на три порядка сильнее, чем ранее известные значения этих показателей для магнетаров. По расчетам ученых, такой выброс из соседней галактики легко подошел бы под описание типичного быстрого радиовсплеска. Но чтобы объяснить все случаи, понадобятся более мощные источники излучения — возможно, активные молодые магнетары, предположили астрофизики во второй статье.

Как же магнетар SGR 1935+2154 впервые удалось поймать с поличным? Как сообщил представитель проекта STARE2 и сотрудник Калифорнийского технологического университета Кристофер Боченек, в тот же самый момент магнетар испустил всплеск излучения еще и в рентгеновском диапазоне. «Над проектом работала коллаборация из пяти радиотелескопов по всей Северной Америке, также к нам подключился и рентгеновский телескоп. Это первый быстрый радиовсплеск от известного источника», — подчеркнул ученый. Кроме того, определить местоположение источника помог сканер IBIS на спутнике Integral Европейского космического агентства.

Параллельно тот же участок неба наблюдали китайские астрофизики при помощи телескопа FAST (Five-hundred meter Aperture Spherical Telescope). Они смогли четко определить верхнюю границу коротких гамма-волн, испускаемых магнетаром (такое излучение считается редкостью), чтобы разобраться в механизмах возникновения коротких радиовсплесков. Объединенные усилия ученых и восьмичасовые наблюдения позволили изучить явление в оптическом, рентгеновском и других диапазонах и обнаружить 29 выбросов гамма-излучения (из-за которых, собственно, магнетар и назван SGR — soft-γ-ray repeater). С ними, к сожалению, не совпадали радиовсплески, но в момент регистрации FRB наблюдений за этим участком неба китайцы не вели. В третьей статье астрофизики предполагают, что эти всплески редко происходят одновременно с радиовсплесками.

Накопленные знания помогли построить и проверить новые модели физических механизмов таких событий. Ранее обсуждалось, что свой вклад вносят магнитосферы черных дыр, нейтронных звезд или же релятивистские скачки уплотнения — волны от этих объектов. Новые наблюдения, как сообщается в четвертой статье, подтвердили теорию нейтронных звезд по крайней мере для магнетаров. «Множество теорий моделируют, как происходят такие всплески. Нам удалось свести данные в одну модель, объясняющую как минимум некоторые, а возможно и все радиовсплески. Есть вероятность, что их все испускают магнетары», — заключает Бин Чжан, сотрудник телескопа FAST и Невадского университета в Лас-Вегасе.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.