Самая интенсивная зарегистрированная последовательность всплесков длилась с августа по октябрь 2019. Учёных заинтересовали не только частота и количество вспышек, но и широкий диапазон яркости среди них – это может стать подсказкой к разгадке природы подобных явлений.

Исследование было опубликовано в журнале Nature 13 октября.

https://arxiv.org/abs/2107.08205

Сотрудник проводит обслуживание отражающих панелей радиотелескопа FAST при помощи специального механизма с использованием наполненного гелием баллона диаметром 7,6 метра, который призван помочь снизить вес тела. Фото: Alamy

Все всплески исходили из одного источника, FRB-121102, который находится в карликовой галактике в трёх миллиардах световых лет от нас. Он известен своей активностью: ещё до рекордных наблюдений FAST он уже произвёл почти 350 зарегистрированных вспышек.

Новое исследование воспользовалось сверхвысокой чувствительностью радиотелескопа, что позволило учёным засекать даже самые слабые сигналы. Интенсивность достигала 122 вспышек в час, что превышает показатели любого другого зарегистрированного источника радио всплесков.

Астрономы разделили вспышки на две категории: с высокой яркостью и с низкой. Как утверждает соавтор статьи Дункан Лоример, это может быть свидетельством того, что за их формирование отвечают два разных механизма. Их природа пока что неизвестна, но авторы считают, что высокая энергия и отсутствие периодичности как минимум указывает на то, что FRB-121102 не исходит из изолированного компактного объекта, такого как вращающаяся нейтронная звезда или чёрная дыра.

С таким выводом согласны не все: так, по мнению Цзыгао Дай, физика из Научно-технического университета Китая, источником может быть магнетар – особый тип нейтронных звёзд с очень сильным магнитным полем.

Радиотелескоп FAST. Источник: ChinaFotoPress

Хотя FAST не спроектирован для обнаружения быстрых радио всплесков, его высочайшая чувствительность позволяет обнаружить то, что другие телескопы бы упустили. Поэтому для подобных исследований FAST используют вместе с другими радиотелескопами: так, канадский CHIME хорошо подходит для поиска радио всплесков благодаря своему полю зрения, покрывающему половину неба.

FAST очень хорошо подходит для таких исследований, как наше – глубокий анализ повторяющихся радио всплесков.

Дункан Лоример, соавтор статьи, первооткрыватель быстрых радиовсплесков

В будущем FAST будет продолжать наблюдения за FRB-121102 и не только: по словам ведущего автора статьи Ли Ди, его команда работает над другим источником, поведение которого “ещё более радикально”. Всего при помощи телескопа в ходе проекта Commensal Radio Astronomy FAST Survey, или CRAFTS, было обнаружено 6 новых быстрых радиовсплесков, включая один повторяющийся.

Международный консорциум астрономов дал старт строительству самого большого астрономического инструмента в истории. Гигантская установка, расположенная на двух континентах, позволит проникнуть в самые глубокие тайны Вселенной

https://www.skatelescope.org/news/green-light-for-ska-constr...

1 июля 2021 года началось сооружение самого грандиозного телескопа в истории науки. Он будет состоять из более чем 100 000 антенн общей площадью больше квадратного километра, расположенных на двух континентах. Проект называется SKAO, или «Обсерватория массива [площадью в] квадратный километр» (Square Kilometre Array Observatory). Какие же секреты космоса поможет раскрыть этот циклопический инструмент?

Вселенная как радиостанция

Не секрет, что звезды и галактики светятся, и астрономы улавливают их свет с помощью телескопов. Но небесные тела испускают и многие другие излучения: радио- и инфракрасные волны, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Например, холодный межзвездный газ вообще не излучает света, а нейтронные звезды дают его ничтожно мало.

Зато, то и другое — прекрасные радиостанции. Горячий межгалактический газ тоже не светится, зато испускает рентгеновские лучи, а астероиды лучше всего видны в инфракрасном диапазоне. То есть невидимые для наших глаз излучения дают нам шанс изучить целый зоопарк объектов, которых мы вообще не заметили бы в обычный телескоп.

И даже если небесное тело ярко светится, лучше проанализировать все испускаемые им излучения, чтобы собрать больше информации. Наконец, радиоволны, инфракрасные или рентгеновские лучи прекрасно проходят через облака межзвездной пыли, закрывающие от нас многие области космоса.

Словом, астрономам давно уже мало старых добрых оптических телескопов. Именно поэтому существуют радио-, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-инструменты.

Радиоволны выгодно отличаются от своих собратьев по электромагнитному спектру тем, что проходят через атмосферу. Благодаря этому радиотелескопы не обязательно выводить в космос (что очень дорого), их можно строить и на Земле. Более того, для такого инструмента не помеха ни облака, ни дневной свет: он может вести наблюдения круглосуточно и в любую погоду.

Радиоастрономия как область науки возникла примерно в конце 1940-х годов. За прошедшие десятилетия она подарила нам немало открытий, от нейтронных звезд до сверхмассивных черных дыр.

Чувство и разрешение

Самая важная характеристика радиотелескопа — чувствительность. Это способность фиксировать тусклые, слабые объекты. Их всегда гораздо больше, чем мощных и ярких, просто потому, что далеких объектов куда больше, чем близких. Чем выше чувствительность, тем больше космических объектов удается разглядеть. Именно поэтому полвека назад астрономы насчитывали на небе сотни радиоисточников, а современные обзоры включают миллионы объектов.

Другой важный параметр — разрешающая способность, то есть способность различать тонкие детали изображения. В низком разрешении мы видим мир словно близорукий человек без очков: как набор расплывчатых пятен. Понятно, что чем больше разрешение телескопа, тем больше информации можно получить с его помощью.

И чувствительность, и разрешающая способность зависят прежде всего от размера антенны: чем больше, тем лучше. История радиоастрономии — это история строительства все более крупных телескопов. Но рано или поздно громадная антенна начинает деформироваться под собственной тяжестью, возникает и множество других проблем. Самый большой действующий радиотелескоп на сегодняшний день — китайский FAST. Это «тарелка» диаметром 500 метров, расположенная в естественной карстовой впадине. Сооружение такого исполина было настоящим инженерным подвигом, и пока никто не взялся его превзойти.

Сила в единстве

Однако астрономы давно нашли выход из тупика гигантомании. Радиотелескопу не обязательно иметь одну громадную антенну: ее можно заменить множеством маленьких. Целая армия небольших антенн суммарной площадью в один квадратный километр по чувствительности эквивалентна единой антенне той же площади, то есть радиусом около 560 метров. Только построить множество мелких антенн куда проще, чем одну гигантскую.

С разрешающей способностью можно проделать еще более впечатляющий трюк. Возьмем то же множество небольших антенн, по общей площади равных одной 560-метровой.

Разбросаем эти элементы хаотично в радиусе, скажем, 100 километров. По разрешению такая система будет представлять собой нечто среднее между уже упомянутой 560-метровой антенной и фантастической антенной радиусом 100 километров! Этот фокус на сухом научном языке называется интерферометрией. Чувствительность от этого, правда, не увеличится, зато разрешение может стать просто грандиозным.

Именно по этому принципу будет устроена SKAO — самая большая в мире сеть радиоастрономических антенн общей площадью более одного квадратного километра.

Система будет иметь два крыла: SKA-Mid в ЮАР и SKA-Low в Австралии. Африканская часть будет работать в среднем (mid) диапазоне радиочастот: от 350 МГц до 15,3 ГГц. Она будет состоять из 197 относительно небольших (диаметром менее 15 метров) «тарелок», максимальное расстояние между которыми составит 150 километров. К слову, 64 антенны уже готовы и функционируют в составе телескопа MeerKAT. Австралийское крыло будет принимать радиоволны низких (low) частот: 50–350 МГц. Антенны здесь будут устроены иначе: не «тарелки», а скорее «елочки», и будет их ни много ни мало 131 000, сгруппированных в 512 антенных полей. Максимальное расстояние между антеннами (от которого, напомним, зависит разрешение) составит 65 километров.

Объем информации, собранный такой масштабной сетью антенн, тоже будет громадным. Каждая из двух частей телескопа (африканская и австралийская) будет генерировать 8 терабит (именно бит, не байт) в секунду. Пытаться сохранить такой объем данных — абсолютно безнадежная задача, поэтому сигнал будет обрабатываться в реальном времени двумя компьютерами со скоростью около 135 петафлопс. Появись такие машины сегодня, они заняли бы места в тройке лучших суперкомпьютеров мира. Программы будут отсеивать шумы и помехи и «концентрировать» полезный сигнал. Но даже после такой процедуры SKAO будет производить 710 петабайт информации в год. Чтобы сохранить эти данные, потребовалось бы 1,5 млн типичных ноутбуков.

Кстати, о цифрах. Бюджет проекта на 2021–2030 годов составляет €2 млрд. Эта сумма включает расходы как на строительство, которое планируется завершить в 2029 году, так и на эксплуатацию. Дело в том, что сеть будут вводить в строй по частям, и первые научные данные SKAO получит уже в 2024 году. Всего же обсерватория должна проработать не менее 50 лет.

Грандиозный проект имеет семь стран-учредителей. Это Австралия, Великобритания, Китай, Италия, Нидерланды, Португалия и ЮАР. Еще девять государств (Германия, Индия, Испания, Канада, Франция, Швейцария, Швеция, Южная Корея и Япония) имеют статус наблюдателей в Совете SKAO. В разработке телескопа-рекордсмена участвовали 500 инженеров, представляющих 20 стран мира. Эта работа заняла более семи лет. Число соавторов научной программы проекта еще более впечатляет: более 1000 ученых из 40 стран.

Вопросы к мирозданию

Для чего же предприняты все эти колоссальные усилия? Прежде всего, беспрецедентная чувствительность нового телескопа поможет ему принимать излучение межзвездного водорода даже из самых далеких галактик. Это поможет составить карту расположения целого миллиарда «звездных островов» и сравнить эти данные с предсказаниями космологических теорий. Возможно, при этом будет раскрыта тайна темной энергии — загадочной субстанции, ускоряющей расширение Вселенной. Также данные SKAO позволят измерить количество темной материи в космосе и проверить теорию гравитации Эйнштейна (общую теорию относительности).

Кроме того, глядя вглубь космоса, мы смотрим в прошлое. Ведь радиоволнам требуется время, чтобы достичь Земли. Далекую галактику мы видим не такой, какова она сейчас, а такой, какой она была в момент испускания этого сигнала. Новый сверхчувствительный инструмент поможет астрономам заглянуть во времена образования первых галактик и звезд, а может быть, и дальше. Специалисты хотят узнать, когда именно зажглись первые звезды, откуда взялись загадочные облака водорода между галактиками, и получить ответы на многие другие вопросы.

Также SKAO поможет создать беспрецедентную карту магнитных полей, пронизывающих всю Вселенную. Астрофизики давно пытаются разобраться, как и когда возник этот вездесущий магнетизм, как он влияет на жизнь звезд и галактик. Пока специалистам не хватает данных об этом. Но уж чего-чего, а данных у SKAO будет предостаточно.

«Мишенями» для новой обсерватории станут и такие излюбленные радиоастрономами объекты, как нейтронные звезды и квазары. Займется она и быстрыми радиовсплесками – загадочными вспышками радиоизлучения, открытыми, кстати, совсем недавно: в 2007 году. Не исключено, что в огромном массиве собранной SKAO информации тоже обнаружится что-то совершенно неожиданное.

https://www.forbes.ru/obshchestvo/434427-velikiy-skao-zachem...

Астрофизики смогли определить механизм возникновения быстрых радиовсплесков — сигналов, природа которых до сих пор была неизвестна, так что некоторые даже считали, что они могут быть сигналами инопланетных цивилизаций. Судя по всему, быстрые радиовсплески формируются в окрестностях нейтронных звезд. Об этом рассказал Сергей Попов из Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ, автора книги о нейтронных звездах «Суперобъекты», об истории исследования быстрых радиовсплесков и о том, какие гипотезы об их природе выдвигали ученые.

Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF; Hubble Legacy Archive, ESA, NASA

В этом посте речь идет об источнике FRB121102. Это пока единственный повторяющийся источник быстрых радиовсплесков.

Быстрые радиовсплески — новый загадочный астрофизический феномен (продвинутый читатель может посмотреть свежий небольшой обзор на английском языке). Их исследование началось всего лишь 10 лет назад, когда в 2007 году Дункан Лоример и его коллеги объявили об обнаружении первого очень мощного, но при этом короткого (несколько миллисекунд) радиовсплеска, пришедшего «из ниоткуда». То есть, как это было почти полвека назад с космическими гамма-всплесками, вспышка не наблюдалась больше ни в каком диапазоне спектра, а кроме того, не представлялось возможным точно локализовать, с чем она связана.

Первый всплеск, как и большинство последующих, был обнаружен при обработке архивных данных телескопа из обсерватории «Паркс» (Parkes Observatory) в Австралии. Эта 64-метровая антенна предназначена, в первую очередь, для исследования радиопульсаров. Всплеск получил обозначение FRB 010724, где FRB — Fast radio burst, а 010724 — дата: 24 июля 2001 года.

Если инструмент фиксирует короткий одиночный всплеск радиоизлучения, то его координаты можно определить лишь с точностью порядка 10 угловых минут. Это примерно треть лунного диска. С астрономической точки зрения — большая площадка, так как, например, крупный оптический телескоп увидит там большое количество объектов. Но при этом ничего выдающегося в области локализации первого всплеска не наблюдалось. Источник мог находиться или совсем близко (даже в магнитосфере Земли!), или очень далеко. Однако второе представлялось более вероятным, так как всплеск характеризовался большой мерой дисперсии.

Дело в том, что это только в вакууме скорость света одна и та же. Если же электромагнитное излучение распространяется в среде, то скорость волн разной длины будет отличаться. Именно поэтому призма дает радужную полоску спектра. Радиосигналы на двух разных частотах, распространяясь в космической плазме, имеют разные скорости. А потому сигнал на более высокой частоте приходит к нам раньше. Вот эта величина «сдвига» времени прихода сигнала в зависимости от частоты волны и характеризуется мерой дисперсии. Она тем больше, чем больше плотность зарядов в среде, в которой распространяется сигнал, и чем большее расстояние в этой среде сигнал проходит.

В случае лоримеровского всплеска FRB 010724 дисперсию нельзя было объяснить межзвездной средой нашей Галактики — ее не хватало. Значит, источник внегалактический, а мера дисперсии связана или с межгалактической средой, или со средой вокруг источника в другой галактике. Если дело в межгалактической среде, то расстояние до источника получалось порядка миллиардов световых лет! Тогда у источника колоссальная радиосветимость — миллиард светимостей Солнца. Такого никогда не видели, и это непросто объяснить.

Но это еще не все. Поскольку всплеск был открыт в рамках обработки архива обзорных наблюдений, то можно было оценить, как часто происходят такие события. Получалось, что на земном небе мы должны были бы видеть тысячи всплесков в день. Проблема, однако, в том, что радиотелескопы обычно смотрят лишь на маленький пятачок неба, да к тому же трудно выделить отдельную короткую вспышку, если она не повторяется, а точные координаты (и идентификация с известным источником) неизвестны. Вот и получалось, что до 2007 года мы не знали, что на небе все время виден радиофейерверк: яркая вспышка каждую минуту.

О втором событии отрапортовали лишь в 2012 году. Поэтому теоретики не бросились строить модели. Правда, еще в 2007 году Константин Постнов и я предложили модель, в которой вспышки были связаны с гипервспышками магнитаров — молодых активных нейтронных звезд с очень сильными магнитными полями. Кроме того, в нашей работе мы обратили внимание, что темп вспышек совпадает с темпом рождения магнитаров, а также что если пульсары с большими потерями энергии вращения могут давать вспышки, подобные гигантским импульсам пульсара в Крабовидной туманности, но только более мощные во столько же раз, во сколько раз больше энергопотери, то это тоже будет похоже на FRB. Были высказаны и другие предположения, в том числе довольно экзотические, в которых вспышки FRB связывались с космическими струнами.

Ситуация изменилась летом 2013 году, когда Торнтон и его соавторы сообщили сразу о четырех новых вспышкам. Все поняли, что дело серьезное.

За несколько месяцев теоретики предложили пару дюжин моделей для объяснения быстрых радиовсплесков. Там были и сливающиеся белые карлики, и испаряющиеся черные дыры, и необычные двойные системы, и одиночные компактные объекты, на которые падают астероиды. Не забыли, конечно, и инопланетян. «Все побывали тут», — сказал бы Михаил Юрьевич.

Но самые реалистичные модели были связаны с нейтронными звездами. Мы знаем, что эти объекты дают короткие радиоимпульсы. Мы знаем, что во вспышке нейтронные звезды могут за доли секунды выделять колоссальную энергию. Однако выбрать одну модель не получалось. И даже отбросить ряд моделей было непросто.

Появлялись новые данные наблюдений. За несколько лет было открыто около 30 источников (их каталог можно найти здесь). Для них измерялись различные параметры. Ввиду большой значимости проблемы статьи нередко публиковались в Science и Nature. Но ясности не было.

Важной вехой стало открытие источника FRB121102 — героя новой публикации. Это был первый всплеск, открытый на 300-метровой антенне в Аресибо (Пуэрто-Рико). Дальнейшие наблюдения показали, что от источника приходят новые всплески. Причем много — сотни! Стало ясно, что FRB — это не катастрофа. То есть, это не испарение черной дыры, не образование кварковой звезды, не какой-то вид сверхновой, не слияние нейтронных звезд и так далее. На первый план окончательно вышли модели с молодыми нейтронными звездами.

Участок неба, на котором зафиксировали FRB121102

Gemini Observatory/AURA/NSF/NRC

Наблюдения повторных всплесков, в том числе одновременно несколькими радиотелескопами, позволили очень точно определить координаты источника. Кроме того, был обнаружен постоянный радиоисточник, с ним связанный. В конце концов, смогли разглядеть и галактику, в которой источник расположен, а значит, стало возможным точное определение энергетики вспышек, так как теперь было известно точное расстояние. Оказалось, что объект находится в небольшой галактике с мощным звездообразованием. Молодые нейтронные звезды «любят» такие места.

И в модели молодого магнитара (в данном случае речь идет о выделении энергии магнитного поля), и в модели молодого мощного радиопульсара (который испускает энергию своего вращения) можно объяснить все основные свойства FRB121102. Новая статья, пожалуй, подтверждает это.

В ней авторы смогли узнать кое-что новое о среде вокруг источника. Они измерили линейную поляризацию радиоизлучения — она оказалось 100-процентной, — а также смогли определить так называемую меру вращения. При распространении в плазме с магнитным полем плоскость поляризации электромагнитной волны поворачивается. Чем больше поле и чем больше в плазме свободных электронов, тем заметнее эффект. У FRB121102 измерена очень большая мера вращения, выделяющая его на фоне известных пульсаров, магнитаров и других источников быстрых радиовсплесков, для которых была установлена эта величина. Данные говорят о том, что источник всплесков находится в довольно плотной среде со значительным магнитным полем.

С одной стороны, авторы обращают внимание на то, что такие условия мы наблюдаем в окрестности сверхмассивных черных дыр. С другой, аналогичные условия могут быть и в очень молодых остатках сверхновых в областях звездообразования. А значит, мы снова возвращаемся к тому, что источники быстрых радиовсплесков связаны с молодыми нейтронными звездами.

Важным предсказанием моделей молодых нейтронных звезд, окруженных плотной туманностью, является эволюция свойств туманности на временах порядка нескольких лет. Соответственно, дальнейшие наблюдения вскоре должны проверить это.

В такой модели высокая активность FRB121102 может объясняться особой молодостью объекта. Скажем, десятки лет против сотен или тысяч лет у других источников. Со временем темп расходования (диссипации) и вращательной, и магнитной энергии неизбежно падает, — что подтверждают и наблюдения радиопульсаров и магнитаров, и теоретические расчеты, — соответственно и время между повторными всплесками должно возрастать. Для типичного магнитара оно должно составлять десятки или даже сотни лет, а потому мы и не видим повторных всплесков от других известных источников.

Сейчас в строй введены (FAST, UTMOST, ASKAP) или вводятся (CHIME, а в будущем — SKA) новые радиотелескопы. Будем надеяться, что это даст новые важные результаты, которые позволят решить загадку быстрых радиовсплесков в ближайшие несколько лет.

https://nplus1.ru/blog/2018/01/10/about-fast-radio-bursts