Астрономы ищут объяснение колоссальной энергии уникального радиовсплеска
Астрономы зафиксировали необычное поведение одного из самых активных источников быстрых радиовсплесков — FRB 20220912A. Его импульсы приходят к нам каждые минуты и даже доли секунды, суммарно выбрасывая за полтора года колоссальное количество энергии и одновременно демонстрируя загадочное сочетание растущей плотности окружающего газа и почти нулевых магнитных полей. Такие свойства плохо укладываются в стандартные модели магнетаров и намекают на куда более экстремальные сценарии, пишет New-Science.
Быстрые радиовсплески — это сверхкороткие, но невероятно мощные радиоимпульсы, приходящие к нам из далёких галактик. За одну‑две миллисекунды такой сигнал может излучить столько же энергии, сколько Солнце производит за несколько дней, поэтому FRB давно считаются одним из самых загадочных явлений современной астрофизики. Учёные обсуждают самые разные источники этих импульсов — от молодых нейтронных звёзд с гигантскими магнитными полями до более экзотических идей, вроде следов гипотетических космических струн.
Особое место в этой «галерее загадок» занимает FRB 20220912A — один из самых активных повторяющихся радиовсплесков, открытый в 2022 году канадским радиотелескопом CHIME. Он расположен в активной галактике на расстоянии, соответствующем красному смещению z≈0,077, и уже прослыл необычайно «говорливым» источником: в отдельных наблюдениях регистрировалось до сотен импульсов в час.
Команда под руководством Томаса Эббота из Университета Макгилла провела расширенную кампанию наблюдений FRB 20220912A с помощью режима CHIME/Pulsar, который позволяет формировать несколько точных цифровых лучей и записывать данные с очень высоким временным разрешением. Всего было накоплено около 200 часов наблюдений, за которые удалось зафиксировать более восьмисот вспышек со средней активностью около четырёх импульсов в час и пиковым значением около пятидесяти импульсов в час в отдельные дни.
Долгосрочный мониторинг показал характерную эволюцию поведения источника: в первые недели после начала наблюдений FRB 20220912A вёл себя как настоящий «космический пулемёт», а затем его средняя активность заметно снизилась, хотя отдельные вспышки продолжали приходить. Анализ интервалов между импульсами выявил два устойчивых масштаба — порядка сотен миллисекунд и нескольких минут, что может отражать как внутреннюю структуру отдельных сигналов, так и более медленный ритм работы самого источника. Подобная картина хорошо согласуется с идеей о том, что мы наблюдаем нейтронную звезду, у которой периодически происходят «звездотрясения» и перестройки магнитного поля.
Самая интригующая находка связана с двумя параметрами космической среды на пути сигнала — мерой дисперсии и мерой вращения поляризации. Мера дисперсии, которая чувствительна к суммарной плотности плазмы вдоль луча зрения, показала линейный рост со скоростью около 1,4 парсека на кубический сантиметр в год, что говорит о постепенном увеличении количества заряженного газа вокруг источника. При этом мера вращения, отвечающая за влияние магнитных полей на поляризацию радиоволн, остаётся близкой к нулю и не демонстрирует заметных изменений во времени.
Такое сочетание — растущая плотность среды при практически неизменных магнитных полях — ранее не наблюдалось у других активных повторяющихся FRB и указывает на уникальное окружение FRB 20220912A. Одна из рабочих гипотез заключается в том, что источник находится внутри расширяющегося газового облака, которое постепенно накапливает электроны, но при этом либо обладает слабо упорядоченным магнитным полем, либо магнитные поля в среднем взаимно компенсируются.
За полтора–два года непрерывных наблюдений суммарная энергия, излучённая FRB 20220912A, оценивается в гигантские величины, что делает его одним из наиболее «энергоёмких» повторяющихся источников, изученных на сегодня. Такие оценки ставят под давление стандартные модели «обычных» магнетаров, для которых требуется либо крайне мощное дипольное и мультипольное магнитное поле, либо особые условия в недрах нейтронной звезды, чтобы объяснить столь долгую и яркую активность.
Исследователи пока не отказываются от магнетарного сценария, но всё чаще обсуждают его экстремальные версии, а также сценарии с молодыми, динамично эволюционирующими нейтронными звёздами в плотной окружающей среде. Новый препринт с результатами кампании CHIME/Pulsar опубликован на arXiv и дополняет серию работ разных групп, которые в последние годы детально изучали энергетическое распределение, частотные свойства и эволюцию FRB 20220912A.
Что такое FRB и чем уникален FRB 20220912A
- Быстрые радиовсплески впервые обнаружили в 2000‑х, и с тех пор известно уже несколько сотен таких событий, часть из них повторяется многократно. Средний FRB за миллисекунду излучает энергию, сопоставимую с несколькими сутками солнечного излучения, хотя на Земле сигнал выглядит очень слабым.
- Основные кандидаты в источники FRB — молодые магнетары, то есть нейтронные звёзды с экстремально сильными магнитными полями, которые могут «вспыхивать» в результате звездотрясений, перестройки поля или взаимодействия с окружающим веществом. При этом часть наблюдаемых свойств отдельных источников не всегда удаётся описать одной простой моделью, что и подталкивает астрономов к поиску новых сценариев.
- FRB 20220912A относится к редкому классу «гиперактивных» повторяющихся источников: он остаётся ярким и разговорчивым на протяжении многих месяцев и даже лет, при этом его энергетическое распределение и статистика вспышек схожи с другими известными активными FRB. На разных радиотелескопах, включая CHIME, uGMRT и Allen Telescope Array, этот источник даёт сотни зарегистрированных импульсов за кампанию наблюдений.
- Последние работы показывают, что FRB 20220912A может стать ключевым «полигоном» для проверки моделей FRB: рост меры дисперсии, стабильная мера вращения, долговременная активность и огромная суммарная энергия задают жёсткие ограничения на свойства нейтронной звезды и её окружения. Если существующие магнетарные модели не смогут объяснить весь комплекс наблюдений, астрономам придётся ещё раз пересмотреть наши представления о природе быстрых радиовсплесков.
Напомним, спутник NASA зафиксировал в океане тревожный сигнал.