Быстрые радио-всплески: загадочные сигналы со всей вселенной⁠⁠

Быстрые радио-всплески: загадочные сигналы со всей вселенной

Астрономы процветают благодаря появлению нового явления, которое может стимулировать новые теоретические объяснения. Это часто является результатом разработки усовершенствованного инструмента, который позволяет наблюдениям, которые являются более чувствительными, чем предыдущие, позволяют нам исследовать новый масштаб времени или позволяют нам видеть вселенную в новой части электромагнитного спектра. Но новые открытия также могут быть получены в результате тщательного анализа данных, уже собранных нашими глазами и ушами в космосе. Например, усилия SETI основаны на новых способах поиска возможных сигналов в море данных, которые вы помогаете анализировать с помощью SETI@home. В прошлые десятилетия всплески переходной энергии на различных частотах привели к появлению новых классов астрономических явлений, включая пульсары и гамма-всплески.

В 2007 году при поиске данных архивных исследований пульсаров, собранных радиостанцией Parkes Radio в Австралии, Дункан Лоример и Дэвид Наркивич обнаружили резкий радиосвист, который снизился по частоте на 15 миллисекунд. (см. изображение ниже от их бумаги в Науке.)

Это было первое обнаружение того, что было названо быстрыми радиовсплесками (FRB). Они искали больше таких свистков в этом направлении в существующих наборах данных и дополнительных наблюдениях, но ни один не был найден. Если это была сигнализация Земли ET, где остальная часть сообщения? Некоторые предположили, что взрыв был случайным отражением мегаэнергетического импульса энергии, призванного подтолкнуть межзвездный световой парус, очень похожий на наши планы для программы Breakthrough Starshot. Или даже более причудливо, это мог быть взрыв от сражения звездных кораблей. Конечно, был также предложен ряд объяснений, связанных с естественным физическим явлением, причем некоторые из них сами по себе довольно экзотичны. Неповторяющаяся природа сигнала, естественно, предполагает катастрофическое происхождение, такое как столкновение двух массивных объектов или взрыв сверхновой какого-либо типа.

Более 100 FRB были обнаружены. Широкий разброс их местоположений по небу был приведен в качестве аргумента против внеземного технологического источника, предполагая, что инопланетяне будут сосредоточены в одном месте. Особенно информативным открытием стало обнаружение источника FRB, который действительно повторял свой сигнал много раз (было найдено около 100 повторных всплесков). Это позволило провести серию специальных наблюдений с помощью многих приборов, которые локализовали повторяющийся источник в оптически слабую нерегулярную галактику, красное смещение которой расположило ее на расстоянии 2,5 миллиарда световых лет. Расстояние до других FRB можно оценить по характеру затухания частоты во время пакета. Мы знаем, что электромагнитные волны проходят через вакуум со скоростью света. Но это представляет собой верхний предел скорости. Скорость видимого света замедляется при прохождении через стекло, воду или другие среды, а степень замедления зависит от частоты. Радиоволны, излучаемые источником FRB, также задерживаются в зависимости от частоты, поскольку они проходят через заряженные частицы как вблизи источника, так и в межзвездной среде на пути к Земле. Следовательно, частотная дисперсия свистка «взвешивает» количество ионизированного газа между нами. Модели распределения такого промежуточного ионизированного газа позволяют оценить расстояние до каждого FRB. Все измеренные таким образом FRB оказываются далеко за пределами нашей Галактики Млечный Путь. Это означает, что энергия в источнике должна быть огромной. Они затмевают типичные радиоволны от пульсаров в нашей галактике, но в миллионы раз дальше.

Теперь, когда астрономы знают тип ожидаемого сигнала, радиотелескопы гудят поисками большего количества FRB. В феврале радиотелескоп CHIME в Канаде сообщил о 13 новых FRB, включая второй известный повторяющийся источник. Другие радиотелескопы, включая ASKAP в Австралии, могут добавлять сотни новых обнаружений в год. Как общее распределение источников (не сконцентрированных в плоскости диска Млечного пути), так и их расстояния, оцененные по дрейфу частоты, продолжают указывать на то, что текущий каталог обнаруженных FRB является внегалактическим. Местное обнаружение будет приветствоваться. Ничего еще не произошло в нашей галактике, но такой близкий FRB мог быть достаточно сильным, чтобы быть услышанным на вашем мобильном телефоне. И наблюдение многочисленных внегалактических FRB имеет дополнительный бонус. Дисперсия частоты позволяет картировать ионизированный газ на промежуточном расстоянии, которое трудно обнаружить другими средствами. Это помогает укрепить наше понимание структуры и общего массового распределения вселенной.

Было предложено несколько моделей, чтобы вызывать FRB, а не только из-за интеллектуальных инопланетян или открытия близлежащих микроволновых печей (которые, как было фактически обнаружено, учитывают одну группу потенциальных сигналов FRB). Столкновение массивных нейтронных звезд или черных дыр может соответствовать разовым FRB. Известно, что такие космические столкновения производят гамма-всплески и гравитационные волны, столь классно обнаруженные LIGO в последние годы. (В этом случае повторяющиеся и неповторяющиеся FRB были бы явным явлением.) Возможно, вращающийся объект излучает энергию в луче, который лишь кратковременно проникает в наш путь, как в случае с пульсарами. Наблюдаемая поляризованная природа сигналов FRB позволяет предположить, что они возникают в сильном магнитном поле. Это сообщает популярной теории, что они являются продуктом массивных вспышек, возникающих от звезд с магнитными полями, которые затмевают поле нашего Солнца, которые называются магнитарами. Магнетары могут быть нейтронными звездами, оставшимися от взрыва, отмечающего смерть массивных звезд. Наше Солнце испускает гораздо более слабые радиовсплески, когда ударные волны, создаваемые солнечными вспышками, распространяются через окружающую плазму. Гигантский двоюродный брат такого события в более массивном компактном объекте мог бы объяснить поведение ФРБ. Когда гигантский талант заряженных частиц поднимается с его поверхности, он врезается в окружающие обломки, и взаимодействие ударной волны с сильным магнитным полем испускает вспышку излучения на радиочастотах.

Существует класс сверхсветящих сверхновых неопределенного происхождения, чьи взрывы могут быть родителями таких магнетаров и окружающего облака мусора, которые производят FRB. Были также предложены еще более экзотические астрофизические источники, такие как колебание гипотетических космических струн, созданных в ранней Вселенной, или другие явления, которые расширяют текущее понимание относительности и квантовой механики. В то время как ни одна модель, по-видимому, не удовлетворяет всем наблюдениям до точки общего признания, изучение быстрых радио всплесков, безусловно, является горячей темой как для наблюдателей, так и для теоретических астрономов. Это также напоминает нам о том, что усилия ученых по расширению возможностей обнаружения и анализа преходящих астрономических явлений могут по-прежнему приводить к новым захватывающим открытиям, которые могут когда-нибудь даже включать однозначный сигнал внеземного разума.