В опубликованном журналом Nature исследовании астрофизики предложили объяснение природы быстрых радиоимпульсов. Происхождение таких сигналов ученые пытались выяснить в течение последних десяти лет. Похоже, что сейчас они как никогда близки к разгадке.

Первый быстрый радиоимпульс детектирован в 2001 году радиотелескопом «Паркс» Государственного объединения научных и прикладных исследований Австралии, данные с которого были обработаны только к 2007 году.

С тех пор подтверждено существование 16 таких радиоимпульсов. Опубликованное исследование посвящено последнему из них.

Эта вспышка, длящаяся миллисекунды, привела к выбросу в космическое пространство энергии, эквивалентной испускаемому Солнцем в течение нескольких десятков тысяч лет излучению. Местоположение источника сигнала неизвестно. Сигнал, как и другие быстрые радиоимпульсы, больше не наблюдался.

Сигнал FRB (fast radio bursts) 110523 был детектирован 23 мая 2011 (отсюда и индекс). Ученые обнаружили его при помощи специально разработанного алгоритма среди 40 терабайтов данных наблюдений радиотелескопа «Грин-Бэнк» в Западной Вирджинии, проводившихся в общей сложности 650 часов.

Из всего массива программа выделила около шести тысяч подозрительных сигналов, каждый из которых астрофизики проанализировали отдельно.

FRB 110523 привлек внимание ученых по нескольким причинам.

• Во-первых, он обнаружен в диапазоне частот 700–900 мегагерц, тогда как остальные — в интервале 1,2–1,5 гигагерц.
• Во-вторых, удалось хорошо определить дисперсию (разницу между коротковолновой и длинноволновой частями, обусловленную потерей энергии излучением при его прохождении через вещество).

Это позволило определить расстояние от Земли до источника сигнала — шесть миллиардов световых лет.

• В-третьих (и это самое главное), у FRB 110523 обнаружили два типа поляризации излучения — круговую и линейную. Ранее зафиксированные 15 сигналов имели исключительно круговую поляризацию (поляризация определяется направлением колебаний векторов напряженности электрического и магнитного полей электромагнитной волны).

По характеру поляризации можно определить характеристики вещества, с которым это излучение взаимодействовало, — за счет эффекта Фарадея, то есть вращения плоскости поляризации электромагнитной волны при ее распространении в среде с сильным магнитным полем.

Рис. 1. Радиотелескоп «Грин-Бэнк» в Западной Вирджинии. Фото: Chris Dorst / AP.

Исследователи уверены, что

FRB 110523 прошел через две сильно намагниченных области пространства (вероятно, с сильно ионизированной материей). Первая, согласно оценкам, расположена на расстоянии нескольких сотен тысяч световых лет в галактике, содержащей источник FRB 110523.

Наблюдаемым свойствам сигнала отвечает его прохождение через туманность с активным звездообразованием или окрестности сверхновой звезды.

По мнению ученых, эта

область пространства может содержать источник быстрого радиоимпульса — магнетар или блицар.

• Первый представляет собой быстро вращающуюся нейтронную звезду (остаток от взрыва сверхновой) с сильным магнитным полем.

К настоящему моменту обнаружено около 30 таких объектов. Излучение могло возникнуть в результате «звездотрясений» — колебаний в приповерхностных слоях молодых сильно намагниченных нейтронных звезд.

• Блицар, придуманный специально для объяснения быстрых радиоимпульсов, — это нейтронная звезда, вращающаяся настолько быстро, что центробежные силы удерживают ее от сжатия в черную дыру.

Между тем, по мере потери энергии, такой объект все же превращается в черную дыру, а сам процесс падения его материи за горизонт событий (поверхность, ограничивающую черную дыру, которую в классическом описании неспособно покинуть никакое тело) сопровождается мощным излучением, формирующим быстрый радиоимпульс.

Рис. 2. Одна из моделей строения нейтронной звезды. Изображение: William G. Newton.

Опубликованное исследование позволяет сделать несколько важных выводов.

• Во-первых, быстрые радиоимпульсы имеют естественное происхождение, не требующее, в частности, инопланетных цивилизаций.
• Во-вторых, с высокой степенью достоверности прояснились космические условия, окружающие источники быстрых импульсов.
• В-третьих, источники быстрых радиоимпульсов могут быть локализованы в пределах галактик, а не в пространстве между ними.
• В-четвертых, теперь проще подобрать наиболее перспективных кандидатов на роль источников теперь уже не столь загадочных сигналов.

Ими могут быть единичные объекты, в частности, магнетары, а не сталкивающиеся пары нейтронных звезд или белых карликов.

Авторы пока осторожничают и предпочитают не распространять результаты исследования FRB 110523 на другие быстрые радиоимпульсы.

По оценкам, ежедневно в наблюдаемой части Вселенной возникают несколько тысяч таких сигналов. Наблюдения за быстрыми импульсами продолжатся в следующем году на строящемся в Британской Колумбии радиотелескопе CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment).

Он позволит сканировать более половины небосвода и на расчетных частотах обнаруживать ежедневно десятки быстрых радиоимпульсов.