Наукпоп

28 листопада 2021, 20:03

НВ Преміум

Вчені наближаються до розгадки таємниці радіоімпульсів з околиць Всесвіту. Вони можуть показати нам нові типи зірок — і навіть більше

Вчені з усього світу розгадують таємницю швидких радіоімпульсів — загадкових сигналів, які можуть висвітлити нам кожен куточок Всесвіту. Розкриття їх джерел може значно вплинути на те, як і що ми думаємо про навколишній космічний світ.

Радіосигнали є нашими найкращими космічними очима — радіотелескопи можуть зазирнути туди, де звичайні телескопи побачать лише морок.

Однією з головних загадок останнього часу для астрофізиків стали швидкі радіоімпульси (FDR) — дуже короткі та водночас інтенсивні спалахи енергії. Наприклад, перший імпульс за кілька тисячних часток секунди видав стільки енергії, що Сонцю знадобився цілий день, аби зрівнятися з ним.

Власне історія виявлення найпершого швидкого радіоімпульсу досить цікава. Вперше його помітила команда вчених під керівництвом американського астрофізика Дункана Лорімера ще 2007 року. Однак зафіксований він був ще 2001 року одним із австралійських радіотелескопів Паркса — просто на той час сигнал не був ніким зареєстрований.

Через шість років Лорімер зі своєю командою виявили незвичайний спалах за межами Чумацького шляху, опрацьовуючи архівні дані у пошуках пульсарів. Цей радіосигнал назвали на честь його першовідкривача — імпульс Лорімера.

Тепер швидкі радіоімпульси не ігноруються. Навпаки, дедалі більше вчених влаштовують справжнє полювання за ними, тим більше що вони мають досить широкий вибір — на день може бути зафіксовано майже 800 подібних спалахів по всьому небу. Це означає, що їх джерела знаходяться за межами Чумацького шляху.

Більшість швидких радіоімпульсів є разовими, проте ми вже зафіксували кілька таких, які долітають до нас із відносною регулярністю.

Ми досі знаємо дуже небагато про ці загадкові радіосигнали — наприклад, вчені досі чітко не визначили, що саме є їх джерелом, проте за останні кілька років картина стала більш зрозумілою.

Багато астрономів і астрофізиків впевнені — прямо зараз ми знаходимося на порозі чогось грандіозного, і нам залишилося зробити лише кілька кроків, щоб розкрити таємницю швидких радіоімпульсів. Вони можуть стати ключем до вирішення багатьох загадок нашого Всесвіту, адже ці спалахи несуть у собі сліди космічних глибин, які вони долають, перш ніж досягти наших радіотелескопів. Нам залишилося лише підібрати код для розшифрування цієї інформації.

Передплатіть, щоб прочитати повністю

Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою

Передплатити
Перший місяць 1 ₴. Відмовитися від передплати можна у будь-який момент

Космічне розслідування

Наразі існує відразу кілька припущень, що саме є джерелом швидких радіоімпульсів. Це можуть бути спалахи наднових, злиття чорних дір з нейтронними зірками, пульсари, магнетари або навіть космічні струни.

Магнетари тривалий час вважалися одними з головних підозрюваних. Це потужні нейтронні зірки, які є найсильнішими магнітами у Всесвіті — якщо один із них розмістити на місці Місяця, то він намагнічував би ключі з вашої кишені. Наблизьтеся до нього на відстань десь 1000 кілометрів, і ваше тіло буквально розчинилося б у космосі — кожен його атом був би зруйнований магнітним полем магнетара.

Магнетари вважаються найбільшою формою нейтронної зірки — їх розміри можуть сягати розмірів великого міста, що разом з неймовірною щільністю і робить їх магнітне поле настільки потужним.

Нещодавно вчені отримали бажаний доказ. Висновок: винний. Магнетар SGR 1935+2154 став першим виявленим джерелом швидкого радіосигналу. Дослідникам дуже пощастило, що він перебуває у нашій галактиці — це допомогло їм виявити злочинця.

Однак залишається таємницею, що саме змушує магнетар випромінювати такі спалахи. Можливо, це вибухи на поверхні зірки, а можливо, якісь аномалії всередині його магнітного поля. Вони можуть створювати потужну ударну хвилю, яка врізається в навколишній магнетарний матеріал і нагріває його до стану плазми. Через таке різке нагрівання в космос виривається неймовірна кількість енергії, яка і може викликати швидкий радіоімпульс.

Нещодавно з’явився ще один сигнал від магнетара, який привернув увагу вчених — FRB 20180916B. Він мав незвичайну для швидких радіоімпульсів особливість — він є періодичним, то посилюючись, то слабшаючи. Спочатку дослідники припускали, що джерело цих сигналів — наднова зірка, що колапсує в нейтронну зірку — знаходилося в «забрудненому» уламками або віднесеному вітром газом від зірок-компаньйонів середовищі. Також вони припускали, що зірка перебуває у подвійній системі з орбітою, повний оберт якої триває 16,35 дня — саме стільки тривав цикл магнетара, що має 12 днів мовчання та трохи більше ніж чотири доби активності.

Серед гіпотез, які висувають учені, — обертання магнетара. Чотириденну активну фазу пов’язують із його «вирівнюванням» щодо Землі, а 12-денна фаза спокою може відбуватися під час його відхилення від нашої планети. Є більш екзотичне припущення у вигляді пари нейтронних зірок, які обертаються одна навколо одної. Фази активності та спокою джерела швидких радіоімпульсів могли б пояснити періодичну взаємодію їх магнітних полів.

Нові гравці

«Магнетари можуть бути відповідальними за деякі зі спалахів. Із цим важко посперечатися. Однак вони не пояснюють нам кожну з них. Ось чому це поле настільки цікаве — тут є величезна кількість неймовірних можливостей», — каже Шамі Чаттерджі, астроном із Корнельського університету.

Сигнал FRB 20200120E став першим, місцезнаходження джерела якого вчені змогли виявити з винятковою точністю — це кульове скупчення в спіральній галактиці Боде. Магнетари зазвичай живуть близько 10 тисяч років, а кульові скупчення зазвичай складаються із зірок віком десь 10 мільярдів років — це чітко вказало вченим на те, що відповідальними за швидкі радіоімпульси можуть бути не лише магнетари.

Однак і тут існує хитра лазівка. Теоретично магнетари можуть зароджуватися внаслідок зіткнення двох нейтронних зірок а практиці астрономи поки що не фіксували подібних випадків). Проте це лише припущення.

Ще одне питання стосується «одноразових» джерел швидких радіоімпульсів. Через те що вчені вивчають ці події не так довго, поки що складно робити висновки про те, чи всі вони є неповторними — можливо, якесь із них «оживе», якби ми встановили б за ним доволі тривале спостереження.

Нещодавно дослідники Сіднейського університету виявили, що з центру нашої галактики дійшли радіосигнали, які не були поодинокими, однак не мали якоїсь чіткої періодичності. Створилося таке враження, що світіння «вмикається» і «вимикається» випадковим чином. Зараз вони не готові стверджувати, що саме є джерелом спалахів, проте серед гіпотез існує навіть новий тип зірки, на який ми не наражалисяі про який поки що нічого невідомо.

Ми набагато краще фіксуємо нові швидкі радіоімпульси, ніж раніше. Цьому сприяють нові покоління радіотелескопів, які згодом мають допомогти вченим розгадати таємницю цих космічних сигналів. Наприклад, за перший рік своєї роботи мережа радіотелескопів CHIME зафіксувала 535 швидких радіоімпульсів.

Наразі там встановлюють додаткові телескопи меншого розміру. Використовуючи їх, вчені зможуть визначати точні розташування джерел швидких радіоімпульсів і, можливо, зможуть дізнатися, чим вони є.

Дослідники впевнені, що в майбутньому ці сигнали можна буде використовувати як «зонди», які освітлюватимуть увесь Всесвіт. Таким чином, вчені зможуть спостерігати за всією величезною структурою нашого світу і навіть, можливо, скласти точну мапу загадкової космічної павутини — найбільшої структури нашого світу, яка своїм гравітаційним впливом визначає рух матерії всередині Всесвіту.

«Я впевнений, що за наступні десять років ми натрапимо на один чи кілька сюрпризів на кшталт магнетарів, про існування яких ми й не підозрювали. Це суттєво вплине на наше [розуміння Всесвіту]», — запевняє Емілі Петрофф, астрофізик з Амстердамського університету.

Другие новости

Всі новини