Международная группа исследователей обнаружила быстрый радиовсплеск, который не может быть объяснён современными теориями. Впервые подобные сигналы зарегистрированы в 2007 году и всё ещё ждут своего объяснения. Некоторые даже считали их сигналами инопланетян, но эта теория не возобладала. Новый и необычный по силе и удалённости радиовсплеск задаёт новую загадку, и разгадать её означает продвинуться в познании тайн Вселенной.

Источник изображения: Pixabay

Событие FRB 20220610A было зарегистрировано в июне 2022 года с помощью расположенного в Австралии массива радиоантенн ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder). Поиск в оптическом диапазоне с помощью телескопа VLT определил источник радиовсплеска — безымянную галактику, расположенную на удалении почти 8 млрд световых лет. Это стало сенсацией по целому ряду причин.

Ещё никто не регистрировал FRB (fast radio burst) так далеко. Мощность сигнала также оказалась рекордной и в 3,5 раза превысила ранее зафиксированный максимум. За несколько миллисекунд события в космос была отправлена энергия, эквивалентная сумме всех энергетических выбросов с нашего Солнца за 30 лет.

Согласно одной из теорий, быстрые радиовсплески возникают в процессе «звездотрясений». Испускающая сигнал нейтронная звезда производит его из-за смещений в своей коре, которая испытывает колоссальное давление и оттого наделяет импульс невообразимой энергией. Однако подобные процессы накладывают ограничения на яркость события, а FRB 20220610A многократно превысил все расчётные значения.

Другая теория гласит, что быстрые радиовсплески возникают в процессе столкновения высокоскоростных частиц, выброшенных нейтронными звёздами, с окружающим их веществом в звёздном ветре. Но данные по FRB 20220610A также выходят за рамки этой модели, и учёным есть над чем поломать голову.

Но и это ещё не всё. Быстрый радиовсплеск FRB 20220610A может оказать неоценимую помощь для поиска невидимого обычного вещества во Вселенной — холодных межзвёздных газа и пыли, которые не видны в оптическом диапазоне и плохо фиксируются в других, особенно на огромном от нас удалении.

Разница в спектре свободно летящего сигнала и сигнала, пробивающегося сквозь облака барионного вещества. Источник изображения: ICRAR

Дело в том, что в процессе распространения по Вселенной по мере прохождения облаков пыли и газа, радиосигнал, скажем так, расщепляется. Это похоже на появление радуги в небе, когда свет Солнца преломляется в каплях дождя. Разные длины волн отклоняются на разную величину в процессе прохождения облаков пыли и газа, которые имеют собственный электромагнитный фон и естественным образом воздействуют на электромагнитные волны в быстром радиовсплеске. Для FRB 20220610A разброс оказался нетипичным, хотя ранее подобное уже один раз фиксировалось.

Это означает, что учёным придётся учесть новый фактор при детектировании холодного межзвёздного вещества с помощью FRB. Эта «линейка» оказалась не так проста, как считалось ранее. Но тем важнее учесть все нюансы. Чем точнее будет наша математика, тем больше мы узнаем о мире, в котором живём.

По крайней мере некоторые из быстрых радиовсплесков могут быть вызваны «звездотрясениями», возникающими «на поверхности нейтронных звёзд», утверждают учёные Токийского университета в новой работе.

Источник изображений: wikipedia.org

Быстрый радиовсплеск (Fast Radio Bursts, FRB) представляет собой внезапный импульс радиочастотного излучения, который продолжается всего несколько микросекунд. С момента первого обнаружения в 2007 году астрономы зафиксировали уже тысячи таких событий: одни источники испускают их регулярно, другие же производят их один раз и замолкают.

Распространёнными источниками регулярных радиовсплесков являются пульсары и магнетары — нейтронные звёзды, то есть схлопнувшиеся плотные ядра некогда массивных звёзд, чья масса теперь сравнима с солнечной при диаметре в десятки километров. Пульсары вращаются с частотой в несколько сотен оборотов в секунду, а их магнитное поле наклонено к оси вращения, из-за чего возникает излучение. Магнетары вращаются медленнее, но обладают самыми сильными во Вселенной магнитными полями — в триллионы раз сильнее земного.

В 2020 году телескоп CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) зафиксировал событие, похожее на FRB, но всплеск исходил от SGR 1935+2154 — «источника регулярного мягкого гамма-излучения». Событие подтвердил телескоп STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2), и предположение, что FRB мог быть произведён магнетаром, представлялось многообещающим.

Учёные также зафиксировали несколько FRB, которые больше не повторялись, и предположили, что их источник был уничтожен. Таким источником мог быть блицар — причудливое астрономическое событие, связанное с коллапсом излишне массивной нейтронной звезды в чёрную дыру. Это событие возникает при слиянии двух нейтронных звёзд — оно образует слишком крупную нейтронную звезду, которую удерживает от немедленного коллапса только быстрое вращение. Но вращение замедляется из-за сильных магнитных полей, объект коллапсирует в чёрную дыру, а энергия магнитных полей высвобождается в виде FRB.

Первый зафиксированный в 2007 году быстрый радиовсплеск

В 2022 году астрономы при помощи телескопа CHIME обнаружили FRB, который был зафиксирован как единичное событие, но на самом деле состоял из девяти отдельных всплесков, повторявшихся примерно каждые 215 мс, а его источник находился предположительно вблизи поверхности магнетара. По одной из версий, звезда вращалась медленно, а событие было порождено вибрациями её коры, то есть «звездотрясением». Учёные токийского университета решили сравнить статистику FRB с данными о землетрясениях и солнечных вспышках, чтобы установить возможные сходства. Для этого были изучены 7000 сигналов от трёх источников повторяющихся FRB, чтобы учесть корреляцию между другими подобными событиями — тот же подход был использован при установке корреляции по времени и энергии землетрясений и солнечных вспышек для последующего анализа всех трёх явлений.

Как выяснилось, между FRB и землетрясениями действительно есть некоторые сходства. В частности, вероятность афтершока после одиночного события составляет от 10 % до 50 %. Частота афтершоков остаётся постоянной величиной, даже если активность FRB и землетрясения существенно меняется — при этом корреляция между энергиями основного толчка и афтершоков отсутствует. Исследователи планируют и дальше анализировать новые данные FRB, но уже полученные ими результаты указывают, что нейтронные звёзды могут иметь твёрдую кору, склонную к «звездотрясениям», при которых выделяется огромное количество энергии в виде FRB.

Астрономы говорят, что их проект поможет больше узнать как о землетрясениях, хотя условия на далёких сверхплотных звёздах и кардинально отличаются от земных; так и о материи очень высокой плотности, а также о фундаментальных законах ядерной физики.