Hi-Tech

Астрономы смогли объяснить загадочные радиопослания из космоса

Он озверел и попытался зацепиться за этот ответ, переживая, что небольшая ошибка может все испортить, или что кто-нибудь другой составит все части воедино первым. Где-то в начале этого года Брайан Метцгер понял, что предоставлен сам себе — никаких входящих писем, никаких уроков — и что может быть, только может быть, он нащупал ответ на одну из самых упорных загадок астрономии. «Пытаешься угнаться, потому что другие люди, возможно, тоже это видят», говорит Метцгер, астрофизик Колумбийского университета.

Это миллисекундные вспышки интенсивных и необъяснимых радиосигналов, которые распространяются по всему небу, временно затмевая радиопульсары в нашей галактике, несмотря на то, что находятся в миллионы раз дальше. Вместе с множеством других ученых по всему миру Метгцер провел последние несколько лет в мозговом штурме, пытаясь понять быстрые радиовсплески (FRB). За прошедшие годы ученые привели десятки возможных объяснений тому, что могло быть причиной их появления. До 2013 года многие астрофизики вообще сомневались в их существовании. Один каталог насчитывает 48 отдельных теорий.

То есть, теорий было больше, чем самих событий, которые они пытались объяснить.

Быстрые радиовсплески: что это такое?

Есть подозреваемый — астрофизический монстр, который может высвобождать огромные суммы энергии. Теория FRB нуждается в двух частях. Есть оружие — нечто, что преобразует эту энергию в яркий, удивительный и необычный радиосигнал.

В начале этого месяца они опубликовали на сайте препринтов arXiv.org статью, в которой набросали способ появления быстрых радиовсплесков из взрывов в областях космоса, усеянных плотными облаками частиц и магнитными полями. Теперь вот Метцгер и его коллеги считают, что смогли восстановить место преступления.

Магнетар — это молодая нейтронная звезда, которая иногда отрыгивает заряженные частицы в виде огромной версии выброса корональной массы, которые происходят на Солнце. Их модель предпочитает, но не требует, магнетар в качестве источника взрывов. Когда это происходит, рождается ударная волна, которая, в свою очередь, испускает короткую похожую на лазер вспышку радиоволн во вселенную. Каждый новый взрыв врезается в окружающий беспорядок.

«Я бы сказал, что это хорошая лошадка, на которую можно ставить». «В общих чертах это определенно имеет смысл», говорит Джеймс Корден, астрофизик Корнельского университета, добавляя, однако, что дальнейшие детали нуждаются в проработке.

Следовательно, эти прогнозы можно будет проверить, подвергнув испытаниям. Однако что действительно нравится астрономам, так это то, что теория Метцгера генерирует вполне конкретные прогнозы относительно того, как должны выглядеть будущие FRB. Во время первоначальных испытаний прошлым летом он обнаружил десяток вспышек. Новый канадский радиотелескоп CHIME, как ожидается, должен будет находить от одной до десяти FRB в день, когда заработает на полную мощность в конце этого года. «Я думаю, что в течение следующего года или около того мы сможем очень хорошо это проверить», говорит Шрихарш Тендулкар, астрофизик Университета Макгилла, член команды FRB CHIME. Результаты его работы были обнародованы в январе.

На скорости ударной волны

В 2016 году команда во главе с Лаурой Спитлер из Института радиоастрономии Макса Планка в Бонне, Германия, опубликовала свои результаты изучения первой в истории повторившейся FRB. Теория, разработанная Метгцером и его коллегами Беном Маргалитом и Лоренцо Сирони, основана на самом большом прорыве в деле FRB. Из-за этого астрономы не могли отследить, где в небе они рождались, поэтому ничего не знали о вспышках, хоть и подозревали, что те появляются далеко за пределами нашей галактики. Ранее каждое из этих событий было единичным. Но одна вспышка появилась после другой.

Пытаясь выжать каждую подсказку из этих радиосигналов, они обнаружили, что все рождается в плотном регионе плазмы, захваченной сильными магнитными полями. И вскоре радиоастрономы смогли обнаружить ее происхождение в маленькой, деформированной карликовой галактике. И в прошлом ноябре астроном Джейсон Хессельс (вместе со Спитлером и другими) заметил кое-что странное: каждый всплеск длительностью в доли секунды на самом деле содержит несколько подвсплесков, которые постепенно смещаются вниз от более высоких к более низким радиочастотам. Они также обнаружили, что всплеск был окружен тусклым, но стабильным радиосвечением.

В 1950-х годах физики изучали взрывные волны ядерных взрывов, чтобы оценить их выходную мощность. Для команды Метгцера эта последняя подсказка показалась удивительно знакомой. Этот дополнительный вес замедляет удар, а поскольку он замедляется, испускаемая с ударного фронта радиация смещается вниз по частоте, благодаря эффекту Доплера. В этих моделях ударные фронты ядерных взрывов поглощают больше газа, поскольку расширяются наружу.

И вдруг, внезапно, в начале января телескоп CHIME подхватил еще одно повторяющееся событие. Метгцер задумался, что этот эффект взрывной волны может намекнуть на истинную природу FRB. «Идея зародилась еще с первым повторением», говорит Метцгер. В этот раз повторяющиеся радиосигналы показали тот же нисходящий сдвиг частоты. «Но увидев это проявление в FRB, я заработал в удвоенном темпе».

Представьте себе магнетар, нейтронную звезду размером с город, выкованную в сверхновой за несколько десятилетий до этого, с кипящей и вздымающейся поверхностью. Теперь Метцгер, Маргалит и Сирони выпустили свою полную модель, основанную главным образом на объяснении вводов и выводов с первого повторения. Как солнце в непогожий день, этот молодой магнетар выпускает случайные всплески, которые выстреливают электроны, позитроны и может быть даже тяжелые ионы на скорости, близкой к скорости света.

Там, где новый выброс сталкивается со старым, он накапливает ударный шок, внутри которого бушуют магнитные поля. Когда этот материал запускается, он сталкивается с более старыми частицами, испущенными в предыдущие всплески. Поскольку ударный шок замедляется, сигнал смещается с более высоких частот на более низкие. Когда шок выталкивается наружу, электроны внутри вращаются вдоль линий магнитного поля, и это движение рождает всплеск радиоволн. А астрономы на Земле получают захватывающие радиопослания.

Пока это самый просчитываемый и глубоко продуманный сценарий. И хотя все это звучит интересно, идея должна будет пройти следующий этап испытаний в истории быстрых радиовсплесков. «Они произвели самые подробные расчеты и смогли дать конкретные прогнозы для наблюдений», говорит Спитлер.

Во-первых, все будущие FRB должны следовать за тем же понижением частоты. Модель Метгцера предсказывает ряд специфических особенностей, которыми должны обладать будущие FRB. Они должны находиться в галактиках, в которых образуется множество новых звезд и появляются свежие магнетары. Они могут показывать гамма-лучевые или рентгеновские выбросы, которые астрономы вроде Спитлера уже начали искать. В этот момент система настолько забита материалом, что последующие вспышки не могут вырваться. И когда они действительно повторяются, они должны делать перерывы после того, как астрономы наблюдают крупную вспышку.

Быстрые радиовсплески могут быть следствием слияния нейтронных звезд, которые телескопы и детекторы гравитационных волн впервые поймали в 2017 году. Теперь модель Метгцера сталкивается со множеством других, все еще жизнеспособных теорий. Нейтронные звезды могут рождать FRB, сталкиваясь с другими объектами, такими как черные дыры и белые карлики, когда сами коллапсируют в черные дыры или когда их магнитные силовые линии вырываются сильными потоками плазмы.

И непонятно, появляются ли все FRB из одного вида события.

За последние пять месяцев, пока CHIME находился в стадии ввода в эксплуатацию, ученые обнаружили больше всплесков, которые они пока не представили публике. Данные продолжают накапливаться, поле сужается.

После нескольких лет изучения разрозненных данных и теоретических мечтаний, решение, наконец, оказалось на расстоянии вытянутой руки

Подпишитесь на наш канал с новостями в Телеграме, чтобы не пропускать новости с космических полей.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть