Загадочные вспышки дальнего космоса

Новое исследование показало, что загадочные повторяющиеся импульсы радиоволн могут исходить от неизвестного до сих пор вида необычайно мощного космического магнита, а не от пар звезд, как предполагалось ранее.

Быстрые радиовсплески, или FRB, представляют собой мощные импульсы радиоволн, которые могут высвободить больше энергии за несколько тысячных долей секунды, чем Солнце за почти столетие.

Астрономы обнаружили FRB только в 2007 году, и, поскольку всплески такие короткие, многое о них остается неизвестным. Поскольку быстрые радиовсплески редки и ярки, исследователи часто предполагали, что они обычно происходят из-за катастрофических событий, таких как звездные вспышки или сталкивающиеся нейтронные звезды.

Нейтронные звезды — это остатки звезд, погибших в результате катастрофических взрывов, известных как сверхновые; гравитация этих звездных трупов достаточно сильна, чтобы раздавить протоны и электроны вместе с образованием нейтронов.

Тайна быстрых радиовсплесков усугубилась, когда в 2016 году ученые обнаружили первый повторяющийся быстрый радиовсплеск. Когда астрофизики видят повторяющиеся закономерности в небесных событиях, они часто думают, что небесная механика может сыграть роль — скажем, планета завершает оборот вокруг своей звезды или вращающаяся нейтронная звезда, излучающая радиоволны со своих магнитных полюсов, сверкающая, как маяк, с точки зрения Земли.

В новом исследовании ученые сосредоточились на FRB 20180916B, который был обнаружен в 2018 году и взрывается быстрыми радиовсплесками примерно каждые 16,35 дня. Регулярный характер такого цикла привел к тому, что предыдущие исследования позволили построить модели, в которых повторяющиеся всплески происходят из двойной системы — мощного источника радиоволн, такого как нейтронная звезда, на орбите которой находится спутник, например гигантская звезда или другая нейтронная звезда.

Одно из ключевых последствий этих двоичных сценариев связано с «цветом» радиоволн от повторяющихся всплесков. Когда дело доходит до видимого света, более короткие волны имеют более синий цвет, а более длинные — более красные. Если источником повторяющихся быстрых радиовсплесков была двойная система, предыдущие исследования показали, что мощные звездные ветры энергичных частиц от источника быстрой радиовспышки должны позволять большему количеству синего радиосвета выходить из системы, но блокировать большую часть или, возможно, все более красные радиоволны.

«Эти модели казались наиболее вероятным сценарием до наших наблюдений», — сказала Space.com ведущий автор исследования Инес Пастор-Марасуэла, астрофизик из Амстердамского университета и ASTRON, Нидерландского института радиоастрономии.

В новом исследовании Пастор-Марасуэла и ее коллеги проверили эту красочную идею, объединив два крупнейших радиотелескопа в мире — низкочастотный массив (LOFAR), расположенный в основном в Нидерландах, и синтезирующий радиотелескоп Вестерборка (WSRT). на северо-востоке Нидерландов. Это помогло им проанализировать всплески от FRB 20180916B одновременно на более красных и голубых радиоволнах.

Неожиданно исследователи увидели два дня более голубых радиовсплесков, а затем три дня более красных радиовсплесков. Это исключало простые модели бинарной системы, предполагая, что происходит что-то еще, сказал Пастор-Марасуэла.

Вместо этого, что может лучше всего объяснить узор таинственных цветов от быстрых радиовсплесков FRB 20180916B, так это магнетар, нейтронная звезда редкого типа, которая является сильнейшим магнитом в космосе. В частности, они предполагают, что изолированный, медленно вращающийся магнитар может лучше всего объяснить их выводы, который совершает вращение примерно каждые 16 дней, сказал Пастор-Марасуэла.

Однако ученые еще не обнаружили ни одного магнетара, который вращался бы так медленно. «С нашими текущими знаниями очень сложно понять, как мог существовать такой магнетар», — сказал Пастор-Марасуэла, поскольку мощные магнитные поля часто связаны с высокой скоростью вращения. «Но пока нет других моделей, которые соответствовали бы нашим наблюдениям, кроме медленного магнетара».

Эти данные предполагают, что некоторые быстрые радиовсплески могут быть свободны от какого-либо покровного материала, такого как плотное облако электронов, чтобы скрыть все цвета их вспышек. Такие «голые» быстрые радиовсплески могут помочь исследователям решить главную научную загадку — определить местонахождение половины барионной или «нормальной» материи Вселенной.

Материя, из которой образуются звезды, галактики, планеты и так далее, называется «барионной» материей, потому что она в основном состоит из частиц, известных как барионы, которые включают протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра. Однако в течение десятилетий астрономы могли объяснить только половину предсказанной барионной материи Вселенной. В прошлом году ученые обнаружили, что быстрые радиовсплески могут помочь решить проблему с пропавшими барионами. Поскольку излучение быстрых радиоволн проходит через облака скрытой барионной материи, более красные радиоволны с большей вероятностью замедлятся, чем более голубые.

Анализируя разное время, когда более красные и голубые сигналы от быстрых радиовсплесков достигают Земли, исследователи могут оценить, сколько барионной материи прошли радиоволны на своем пути. По словам Пастора-Марасуэлы, если все быстрые радиовсплески будут голыми, их будет намного проще использовать для измерения барионной материи Вселенной во Вселенной, поскольку ученым не придется учитывать, как их ближайшее окружение может исказить оценки барионов.