Обнаружены мощные радиовспышки, исходящие из нашей галактики

Быстрые радиовсплески — это чрезвычайно яркие вспышки энергии, длящиеся доли секунды, во время которых они могут излучать в 100 миллионов раз больше энергии, чем Солнце. С тех пор, как они были впервые обнаружены в 2007 году, астрономы наблюдали следы быстрых радиовсплесков, или FRB, разбросанных по Вселенной, но их источники находились слишком далеко, чтобы их можно было четко различить. Таким образом, оставалось загадкой, какие астрофизические объекты могли вызвать такие короткие, но яркие радиовспышки.

Теперь астрономы из Массачусетского технологического института , Университета Макгилла, Университета Британской Колумбии, Университета Торонто, Института теоретической физики Периметра и других источников сообщают, что они впервые наблюдали быстрые радиовсплески в нашей галактике. Радиоимпульсы являются ближайшими FRB, обнаруженными на сегодняшний день, и их близость позволила команде точно определить их источник.

Похоже, что наблюдаемые радиоимпульсы были созданы магнитаром — типом нейтронной звезды с чрезвычайно мощным магнитным полем. Физики выдвинули гипотезу, что магнитары могут производить FRB. Это первый раз, когда ученые получили прямые наблюдательные доказательства того, что магнитары действительно являются источниками быстрых радиовсплесков.

Исследователи опубликовали свои результаты в журнале Nature. Все авторы являются членами коллаборации Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), команды из более чем 50 ученых под руководством Университета Макгилла, Университета Британской Колумбии, Университета Торонто, Института теоретической физики Периметра и Национального исследовательского совета Канады.

Астрономы уловили сигналы FRB с помощью радиотелескопа CHIME в Радиоастрофизической обсерватории Dominion в Британской Колумбии. CHIME состоит из четырех больших отражателей, каждый размером с футбольное поле и напоминающих хафпайпы для скейтбординга, которые фокусируют входящие радиоволны на более чем тысячу антенн. Вместе эти антенны непрерывно отслеживают участки неба на предмет входящих радиоволн — энергии, излучаемой в радиодиапазоне электромагнитного спектра.

К концу апреля 2020 года астрономы зафиксировали несколько всплесков активности в рентгеновском диапазоне спектра от магнетара в Млечном Пути к центру галактики и примерно в 30 000 световых лет от Земли. Магнитар — один из немногих известных магнитаров в нашей галактике, и до апреля он был "обычным" магнетаром. Астрономы назвали его SGR 1935 + 2154 в соответствии с координатами на небе.

В последствии команда обнаружила, что вскоре после вспышки магнетара в рентгеновском диапазоне CHIME уловил два острых стаккато пика в радиодиапазоне с интервалом в несколько миллисекунд друг от друга, сигнализируя о быстрой радиовспышке. Исследователи смогли отследить радиовсплески до точки в небе, которая находилась в пределах доли градуса от SGR 1935 + 2154 — того же магнетара, который испускал рентгеновские лучи примерно в то же время.

Затем исследователи предприняли попытку измерить яркость магнетара, когда он генерировал радиовсплески — сложная задача, поскольку всплески были обнаружены на периферии CHIME, где телескоп менее чувствителен, а его приборы сложнее интерпретировать. Поэтому команда использовала калибровочные данные из других астрофизических источников для оценки яркости магнетара. В конце концов, они подсчитали, что магнетар за доли секунды, в которые вспыхнул FRB, был в 3000 раз ярче, чем любой другой радиосигнал магнитара, который когда-либо наблюдался.   

Теперь, когда было показано, что магнетары могут производить быстрые радиовсплески, остается вопрос: как? Хотя предложений предостаточно, ученые не уверены в том, как именно FRB генерируются во Вселенной, и, в частности, как магнетары могут их производить.

Большинство радиоизлучений во Вселенной производится посредством процесса, известного как синхротронное излучение, в котором газ из беспорядочно движущихся электронов высокой энергии взаимодействует с магнитными полями таким образом, что излучает энергию на радиочастотах. Радиоволны часто генерируются таким образом сверхмассивными черными дырами, остатками сверхновых и горячим газом, находящимся в галактиках.

Но физики подозревают, что магнетары могут генерировать радиоволны посредством совершенно другого процесса, когда электроны вместо случайного взаимодействия с магнитным полем делают это в массовом порядке. Этот "когерентный" процесс был бы подобен тому, как мы генерируем радиоволны на Земле, направляя электроны через провод в том же направлении.