Астрономы обнаружили регулярный ритм радиоволн неизвестного происхождения

Команда астрономов, включая исследователей из MIT, уловила любопытный, повторяющийся ритм быстрых радиовсплесков, исходящих от неизвестного источника за пределами нашей галактики, на расстоянии 500 миллионов световых лет.

 

Быстрые радиовсплески (или БРВ) представляют собой короткие, интенсивные вспышки радиоволн, которые считаются продуктом маленьких, далеких, чрезвычайно плотных объектов, хотя именно то, чем эти объекты могут быть, является давней загадкой в астрофизике. БРВ обычно длятся несколько миллисекунд, в течение которых они могут затмить целые галактики.

 

С тех пор, как в 2007 году был отмечен первый БРВ, астрономы каталогизировали более 100 быстрых радиовсплесков из далеких источников, разбросанных по всей Вселенной, за пределами нашей собственной галактики. По большей части эти обнаружения были одноразовыми, мигающими незадолго до полного исчезновения. В нескольких случаях астрономы наблюдали быстрые радиовсплески несколько раз от одного и того же источника, хотя и без различимой закономерности.

 

Этот новый источник БРВ, который группа занесла в каталог как БРВ 180916.J0158+65, является первым, который производит периодический, или циклический, образец быстрых радиовсплесков. Эта схема начинается с шумного четырехдневного окна, в течение которого источник излучает случайные всплески радиоволн, за которыми следует 12-дневный период радиомолчания.

 

Астрономы заметили, что эта 16-дневная схема быстрых радиовсплесков повторялась последовательно в течение 500 дней наблюдений.

"Этот БРВ, о котором мы сейчас сообщаем, похож на часовой механизм", - говорит Киёси Масуи, доцент физики в Институте астрофизики и космических исследований Массачусетского технологического института в Кавли (Массачусетский технологический институт). "Это самая точная закономерность, которую мы наблюдали в подобных источниках". И это большая подсказка, которую мы можем использовать, чтобы начать охоту за физикой того, что вызывает эти яркие вспышки, которые никто на самом деле до конца не понимает".

 

Масуи является членом сотрудничества CHIME/FRB, группы из более чем 50 ученых во главе с Университетом Британской Колумбии, Университетом Макгилла, Университетом Торонто и Национальным исследовательским советом Канады, которая работает и анализирует данные Канадского эксперимента по картированию интенсивности водородного излучения, или CHIME, радиотелескопа в Британской Колумбии, который первым принял сигналы нового периодического источника БРВ.

 

В рамках сотрудничества CHIME/FRB были опубликованы подробности нового наблюдения в сегодняшнем журнале "Nature".

 

 

В 2017 году CHIME была возведена в Радиоастрофизической обсерватории Доминиона в Британской Колумбии, где она быстро начала обнаруживать быстрые радиовсплески из галактик по всей Вселенной, в миллиардах световых лет от Земли.

 

CHIME состоит из четырех больших антенн и спроектирована без движущихся частей. Вместо того, чтобы поворачиваться, чтобы сосредоточиться на различных частях неба, CHIME пристально смотрит на все небо, используя цифровую обработку сигнала, чтобы точно определить область пространства, в которой возникают входящие радиоволны.

 

С сентября 2018 года по февраль 2020 года CHIME выбрал 38 быстрых радиовсплесков из одного источника, FRB 180916.J0158+65, которые астрономы отследили до области, вращающейся вокруг звезд, на окраине массивной спиральной галактики, в 500 миллионах световых лет от Земли. Этот источник является самым активным источником БРВ, который еще не обнаружен CHIME, и до недавнего времени он был самым близким к Земле источником БРВ.

 

Как и планировали исследователи, с течением времени картина начала проясняться: Один или два всплеска должны были произойти в течение четырех дней, а затем 12 дней без всплесков, после чего картина повторялась. Этот 16-дневный цикл повторялся снова и снова в течение 500 дней наблюдения за источником.

 

"Эти периодические всплески - это то, чего мы никогда раньше не видели, и это новое явление в астрофизике", - говорит Масуи.

 

 

Именно то, что стоит за этим новым внегалактическим ритмом, является наиболее непонятным, хотя команда исследует некоторые варианты объяснений в своей новой работе. Одна из возможностей заключается в том, что периодические всплески могут исходить от одного компактного объекта, например, нейтронной звезды, которая одновременно является и вращающейся, и раскачивающейся - астрофизического явления, известного как прецессия. Если предположить, что радиоволны исходят из фиксированного положения на объекте, если объект вращается вдоль оси и эта ось направлена только в сторону Земли каждые четыре из 16 дней, то мы будем наблюдать радиоволны как периодические всплески.

 

Другая возможность - это бинарная система, например, нейтронная звезда, вращающаяся вокруг другой нейтронной звезды, или черная дыра. Если первая нейтронная звезда излучает радиоволны и находится на эксцентрической орбите, которая на короткое время приближает ее ко второму объекту, то приливы между двумя объектами могут быть достаточно сильными, чтобы вызвать деформацию первой нейтронной звезды и на короткое время заставить её излучать интенсивные радиоволны, прежде чем она улетит. Эта закономерность повторяется, когда нейтронная звезда возвращается назад по своей орбите.

 

Исследователи рассмотрели третий сценарий, включающий радиоэмиссионный источник вращающийся вокруг центральной звезды. Если звезда испускает ветер или облако газа, то каждый раз, когда источник проходит через облако, газ из облака может периодически увеличивать радиоизлучение источника.

 

"Может быть, источник всегда выделяет эти всплески, но мы видим их только тогда, когда он проходит сквозь эти облака, потому что облака действуют как линзы", - говорит Масуи.

 

Пожалуй, наиболее захватывающей возможностью является мысль о том, что этот новый БРВ, и даже те, которые не являются периодическими или даже не повторяющимися, могут происходить от магнитаров - типа нейтронной звезды, которая, как полагают, обладает чрезвычайно мощным магнитным полем. Некоторые особенности магнитаров все еще остаются тайной, но астрономы заметили, что они время от времени выделяют массивное излучение по всему электромагнитному спектру, включая энергию в радиодиапазоне.

 

"Люди работали над тем, как сделать так, чтобы эти магнитары излучали быстрые радиовсплески, и эта периодичность, которую мы наблюдали, с тех пор была обработана в этих моделях, чтобы понять, как все это укладывается вместе", - говорит Масуи.

 

Совсем недавно эта же группа сделала новое наблюдение, которое поддерживает идею о том, что магнитары на самом деле могут быть вполне жизнеспособным объяснением для быстрых радиовсплесков. В конце апреля CHIME принял сигнал, который выглядел как быстрый радиовсплеск, исходящий от вспыхивающего магнитара, находящегося примерно в 30 000 световых годах от Земли. Если сигнал подтвердится, то это будет первый БРВ, обнаруженный в нашей собственной галактике, а также наиболее убедительные доказательства того, что именно магнитары являются источником этих загадочных космических искр.