На Земле существуют странные радиосигналы, которые доносятся до нас. Их можно ощущать тысячи раз каждый день, если астрономы знают, где их искать.
Скорее всего, это не попытки инопланетян связаться с нами. Астрономы называют их быстрыми радиовсплесками (БРВ), и сегодня это одна из самых сложных загадок космоса. Мы начинаем понимать, откуда они могут исходить, но мы не уверены, что именно их вызывает.
Астрономы работают над этим. Исследователи из Нанкинского университета и Гонконгского университета смоделировали то, что может формировать один из них, в статье, опубликованной 21 сентября в Nature Communications, изучая быстро повторяющийся всплеск, названный FRB 20201124A.
Быстрые радиовсплески кратковременны: Большинство из них длятся секунду или две, или даже меньше. Они являются всплесками: Когда они создаются, считается, что они столь же энергичны, как наше Солнце. Тем не менее, к тому времени, когда сигналы достигают нас, они обычно намного слабее наших земных радиоволн, что отчасти объясняет, почему их так долго искали.
Астрономы наблюдают эти маленькие всплески в свои радиотелескопы уже более десяти лет. В 2007 году астрономы, прочесывая данные шестилетней давности, обнаружили короткий импульс неизвестного происхождения. Это был первый из сотен подобных импульсов.
Сигналы из неизвестности
Что вызывает FRBs, если у них вообще есть единое объяснение, остается туманным. Астрофизики предполагают связь с черными дырами, нейтронными звездами, вспышками гамма-лучей, сверхновыми и другими далекими явлениями (да, даже с инопланетянами).
Один из популярных виновников - магнетар: определенный тип высокоэнергетической нейтронной звезды с чрезвычайно сильным магнитным полем, в триллион раз превышающим силу земного. В 2020 году астрономы заметили FRB, исходящий от магнетара в нашей собственной галактике.
Даже в этом случае неизвестно, что именно заставляет магнетар генерировать FRB. Некоторые астрономы подозревают, что это связано с тем, как вращаются магнетары, что может создать предсказуемые биения определенных FRB - в некотором роде как часовой механизм - точный тайминг вращающегося пульсара. Астрономы называют это свойство "периодичностью". Тем не менее, во многих случаях нет никаких доказательств этого. (Согласно другой теории, некоторые FRB исходят от дисков газа и пыли, которые образуются вокруг черных дыр).
Все усложняется тем, что каждый из этих сотен FRB - это отдельный зверь. Некоторые вспыхивают один раз, и больше их не видно. Некоторые вспыхивают несколько раз. Некоторые молчат несколько дней, затем беспорядочно загораются на короткое время, а потом снова молчат. А некоторые вспыхивают десятки и сотни раз в быстрой последовательности. FRB 20201124A уверенно относится к последней категории.
Охота на FRB 20201124A
Астрономы впервые увидели его в ноябре 2020 года (отсюда и нумерация его названия). Они уловили его звон с помощью радиотелескопа CHIME в Британской Колумбии, которому теперь поручено искать отпечатки пальцев FRBs. Каждый день CHIME прочесывает небо, останавливаясь в одном месте на несколько минут. Именно во время одной из таких пауз телескоп обнаружил FRB 20201124A.
Сначала казалось, что это просто еще один FRB. "Мы не объявили об этом сразу", - говорит Адам Ланман, астрофизик-постдокторант из Университета Макгилла, который участвовал в поиске CHIME. Но вскоре все изменилось.
В апреле 2021 года CHIME заметил, как FRB 20201124A метафорически загорается, посылая повторяющиеся импульсы. Астрономы CHIME оповестили мировое астрономическое сообщество. "После этого множество других обсерваторий начали наблюдать множество событий, связанных с ним", - говорит Ланман.
Одной из таких обсерваторий был FAST - крупнейший в мире радиотелескоп, расположенный в горах провинции Гуйчжоу на юго-западе Китая. В другой работе, опубликованной в журнале Nature в тот же день, ученые, использующие FAST, сообщили, что видели еще около 2000 взрывов от FRB 20201124A, прежде чем источник снова замолчал.
"Эта большая выборка может помочь нам пролить свет на происхождение FRBs", - говорит Ван Файин, астрофизик из Нанкинского университета.
Повторяющиеся FRB не новы, но наблюдения FAST выявили ряд уникальных отпечатков в радиоволнах, что позволило предположить, что с ними что-то играет. "Есть некоторые уникальные характеристики FRB 20201124A, что побуждает нас создать для него модель", - говорит Ванг.
Модель звездной системы
Ванг и его коллеги попробовали свои силы в создании модели. По их мнению, FRB 20201124A действительно исходит от магнетара, но не только от магнетара. Когда радиоволны вырываются из магнетара, они проходят через юбку звезды, вокруг которой вращается магнетар. Это особый тип звезды, называемый Be-звездой, - очень яркая звезда, окутанная диском из плазмы и газа. Радиоволны от FRB проходят через этот диск, что объясняет их уникальный характер.
"Все это совершенно умозрительно, но ничего из этого невозможно", - говорит Джонатан Кац, астрофизик из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, который не был автором проекта.
"Я не видел ни одной другой работы, в которой было бы так много деталей, как в этой", - говорит Ланман, который также не был автором.
Но эта модель не идеально подходит к данным FAST - есть изрядная доля вариаций, которые она не объясняет полностью. "Что бы ни происходило, в основе этого может лежать их модель, но происходит гораздо больше, чем это", - говорит Кац.
Моделирование FRBs таким образом не является чем-то новым. Астрономы часто думали, что повторяющиеся FRB - это результат работы нейтронной звезды или черной дыры, вращающейся вокруг другой звезды. С другой стороны, пока неясно, как именно повторяется FRB 20201124A. Кац говорит, что внешние группы пока не смогли проанализировать данные FAST в поисках доказательств периодичности.
Тем не менее, если астрономы ищут именно магнетар, вращающийся вокруг другой звезды, то они также знают, где его искать. Те же наблюдения, которые позволили создать модель, помогли сузить источник FRB 20201124A до конкретной галактики, что может помочь астрономам найти его позже. Они могут сделать это с помощью поиска в других длинах волн: например, в рентгеновском или гамма-излучении.
Астрономы уже пытались исследовать эту галактику с помощью рентгеновских лучей. Но модель может помочь им сузить круг поисков, и именно это Ланман рекомендует сделать после этой работы: "Безусловно, дальнейшие поиски рентгеновских аналогов будут продолжены", - говорит Ланман.