Ученые приближаются к разгадке тайны радиовсплесков с окраин Вселенной. Они могут показать нам новые типы звезд — и даже больше
Научпоп28 ноября 2021, 20:03
Радиосигналы являются нашими лучшими космическими глазами — радиотелескопы могут заглянуть туда, где обычные телескопы увидят лишь мрак.
Одной из главных загадок последнего времени для астрофизиков стали быстрые радиовсплески (FDR) — очень короткие и одновременно интенсивные вспышки энергии. Например, самый первый всплеск за несколько тысячных долей секунды произвел столько энергии, что Солнцу потребовался целый день, чтобы сравняться с ним.
Сама история обнаружения самого первого быстрого радиовсплеска достаточно интересна. Впервые его заметила команда ученых под руководством американского астрофизика Дункана Лоримера еще в 2007 году. Однако зафиксирован он был еще в 2001 году одним из австралийских радиотелескопов Паркса — просто в то время сигнал не был никем зарегистрирован.
Спустя шесть лет Лоример со своей командой обнаружили необычную вспышку за пределами Млечного пути, обрабатывая архивные данные в поисках пульсаров. Этот радиосигнал назвали в честь его первооткрывателя — всплеск Лоримера.
Теперь быстрые радиовсплески не игнорируются. Наоборот, все больше и больше ученых устраивают настоящую охоту за ними, тем более, что у них есть достаточно обширный выбор — в день может быть зафиксировано около 800 подобных вспышек по всему небу. Это означает, что их источники находятся за пределами Млечного пути.
Большинство быстрых радиовсплесков являются разовыми, однако мы уже зафиксировали несколько таких, которые долетают до нас с относительной регулярностью.
Мы до сих пор знаем очень немногое об этих загадочных радиосигналах — например, ученые до сих пор четко не определили, что же именно является их источником, однако за последние несколько лет картина стала проясняться.
Многие астрономы и астрофизики уверены — прямо сейчас мы находимся на пороге чего-то грандиозного, и нам осталось сделать лишь несколько шагов, чтобы раскрыть тайну быстрых радиовсплесков. Они могут стать ключом к решению многих загадок нашей Вселенной, ведь эти вспышки несут в себе следы космических глубин, которые они преодолевают прежде чем достигнуть наших радиотелескопов. Нам осталось лишь подобрать код к расшифровке этой информации.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Космическое расследование
На данный момент существует сразу несколько предположений, что же именно является источником быстрых радиовсплесков. Это могут быть вспышки сверхновых, слияния черных дыр с нейтронными звездами, пульсары, магнетары или даже космические струны.
Магнетары долгое время считались одними из главных подозреваемых. Это мощные нейтронные звезды, которые являются самыми сильными магнитами во Вселенной — если один из них разместить на месте Луны, то он намагничивал бы ключи из вашего кармана. Приблизьтесь к нему на расстояние около 1000 километров, и ваше тело буквально бы растворилось в космосе — каждый его атом был бы разрушен магнитным полем магнетара.
Магнетары считаются самой большой формой нейтронной звезды — их размеры могут достигать размеров большого города, что вкупе с невероятной плотностью и делает их магнитное поле настолько мощным.
Недавно ученые получили желанное доказательство. Вывод: виновен. Магнетар SGR 1935+2154 стал первым обнаруженным источником быстрого радиосигнала. Исследователям очень повезло, что он находится в нашей галактике — это помогло им обнаружить преступника.
Однако остается тайной, что именно заставляет магнетар излучать такие вспышки. Возможно, это взрывы на поверхности звезды, а возможно — какие-то аномалии внутри его магнитного поля. Они могут создавать мощную ударную волну, которая врезается в окружающий магнетар материал и нагревает его до состояния плазмы. Из-за такого резкого нагревания в космос вырывается невероятное количество энергии, которое и может вызывать быстрый радиовсплеск.
Недавно появился еще один сигнал от магнетара, который привлек внимание ученых — FRB 20180916B. У него была необычная для быстрых радиовсплесков особенность — он является периодическим, то усиливаясь, то ослабевая. Изначально исследователи предполагали, что источник этих сигналов — сверхновая звезда, коллапсирующая в нейтронную звезду — находился в «загрязненной» обломками или уносимым ветром газом от звезд-компаньонов среде. Также они предполагали, что звезда находится в двойной системе с орбитой, полный оборот которой занимает 16,35 дня — именно столько длился цикл магнетара, состоящий из 12 дней молчания и чуть более четырех суток активности.
Среди гипотез, которые выдвигают ученые — вращение магнетара. Четырехдневную активную фазу связывают с его «выравниванием» относительно Земли, а 12-дневная фаза покоя может происходить во время его отклонения от нашей планеты. Есть более экзотическое предположение в виде пары нейтронные звезд, которые вращаются друг вокруг друга. Фазы активности и покоя источника быстрых радиовсплесков могло бы объяснить периодическое взаимодействие их магнитные полей.
Новые игроки
«Магнетары могут быть ответственными за некоторые из вспышек. С этим трудно поспорить. Однако они не объясняют нам каждую из них. Вот, почему это поле настолько интересно — здесь есть огромное количество невероятных возможностей», — говорит Шами Чаттерджи, астроном из Корнельского университета.
Сигнал FRB 20200120E стал первым, местонахождение источника которого ученые смогли обнаружить с исключительной точностью — это шаровое скопление в спиральной галактике Боде. Магнетары обычно живут около 10 тысяч лет, а шаровые скопления обычно состоят из звезд возрастом около 10 миллиардов лет — это явно указало ученым на то, что ответственными за быстрые радиовсплески могут быть не только магнетары.
Однако и здесь существует хитрая лазейка. Теоретически магнетары могут зарождаться в результате столкновения двух нейтронных звезд (на практике астрономы пока еще не фиксировали подобных случаев). Тем не менее, это лишь предположение.
Еще один вопрос касается «одноразовых» источников быстрых радиовсплесков. Из-за того, что ученые изучают эти события не так долго, пока что сложно делать выводы о том, являются ли все они неповторяющимися — возможно, какой-то из них «оживет», установи мы за ним достаточное долгое наблюдение.
Недавно исследователи из Сиднейского университета обнаружили, что из центра нашей галактики дошли радиосигналы, которые не были единичными, однако и не обладали какой-то строгой периодичностью. Создалось такое впечатление, что свечение «включается» и «выключается» случайным образом. Сейчас они не готовы сказать, что же является источником вспышек, однако среди гипотез существует даже новый тип звезды, на который мы не натыкались и о котором мы пока что ничего не знаем.
Мы намного лучше фиксируем новые быстрые радиовсплески, чем раньше. Этому способствуют новые поколения радиотелескопов, которые со временем должны помочь ученым разгадать тайну этих космических сигналов. Например, за первый год своей работы сеть радиотелескопов CHIME зафиксировала 535 быстрых радиовсплесков.
Сейчас там устанавливают дополнительные телескопы меньшего размера. Используя их, ученые смогут определять точные местоположения источников быстрых радиовсплесков и, возможно, смогут узнать, чем же они являются.
Исследователи уверены, что в будущем эти сигналы можно будет использовать как «зонды», которые будут освещать всю Вселенную. Таким образом ученые смогут наблюдать за всей огромной структурой нашего мира и даже, возможно, составить точную карту загадочной космической паутины — крупнейшей структуры нашего мира, которая своим гравитационным воздействием определяет движение материи внутри Вселенной.
«Я уверен, что за следующие десять лет мы наткнемся на один или несколько сюрпризов вроде магнетаров, о существовании которых мы и не подозревали. Это существенно повлияет на наше [понимание Вселенной]», — говорит Эмили Петрофф, астрофизик из Амстердамского университета.