Астрофизики получили важные новые сведения о характере Fast Radio Bursts (FRB) — коротких, мощных вспышек радиоволн, происхождение которых остаётся одной из главных загадок современной астрономии. В результате многодиапазонных наблюдений источника FRB 20201124A учёные выявили широкое разнообразие структур, цикличность и особенности эмиссии, которые усиливают доказательства гипотезы, связывающей FRB с магнетарами — нейтронными звёздами с чрезвычайно мощными магнитными полями.
Что такое быстрые радиовсплески (FRB)
Fast Radio Bursts — это короткие (миллисекундные) импульсы радиоизлучения, фиксируемые радиотелескопами по всему миру. Они впервые были обнаружены в 2007 году и с тех пор зафиксированы тысячи подобных событий в разных частях неба. Большинство FRB регистрируются на значительных внегалактических расстояниях, и источники этих вспышек излучают невероятно мощные радиосигналы за доли секунды.
Некоторые источники FRB наблюдаются однократно, а другие — повторяются, что позволяет проводить более детальные исследования их свойств и структуры.
Исследование FRB 20201124A: методы и результаты
Группа индийских астрономов под руководством Chahat Dudeja использовала усовершенствованный гигантский метероволновый радиотелескоп (uGMRT) для многодиапазонных наблюдений источника FRB 20201124A в диапазоне 300–1460 МГц.
В результате было обнаружено 146 отдельных вспышек из этого источника, большинство из которых пришлись на диапазон 550–950 МГц. Некоторые из этих вспышек возникали парами с интервалами всего 17 миллисекунд между ними, демонстрируя высокую частоту событий.
При этом в данных наблюдений обнаружены следующие характерные признаки:
- разнообразие структуры вспышек — разные длительности, форма и спектральные особенности;
- вариации поляризации, включая случаи высокой круговой поляризации;
- двухкомпонентное распределение времён между последовательными вспышками;
- кластеризация вспышек в нескольких частотных диапазонах.
Такие режимы указывают на сложный механизм излучения, вероятно связанный с быстрой изменчивостью условий в источнике и возможным воздействием окружающей плазмы на радиоизлучение.
Почему FRB 20201124A считается необычным
FRB 20201124A выделяется среди других известных повторяющихся источников быстрых радиовсплесков по нескольким параметрам:
- его вспышки не ограничиваются только узкими частотными диапазонами и продолжают появляться на низких частотах даже после того, как становятся не видны на более высоких;
- вспышки демонстрируют широкую вариативность структур и временных характеристик;
- выявленные пары вспышек с малыми интервалами и разветвлённое распределение энергий подсказывают наличие сложной внутренней динамики источника.
В совокупности эти особенности делают FRB 20201124A одним из наиболее морфологически разнообразных повторяющихся FRB, наблюдаемых астрономами на сегодняшний день.
Связь FRB с магнетарами
Хотя точный механизм возникновения FRB до сих пор не установлен, результаты наблюдений FRB 20201124A в совокупности с другими данными усиливают гипотезу о происхождении подобных вспышек от магнетаров — нейтронных звёзд с сверхсильными магнитными полями.
В пользу этой гипотезы существуют следующие аргументы:
- значительная часть известных источников FRB связана с активными, молодыми магнетарами либо местами с интенсивным звездообразованием;
- в 2020 году был зафиксирован фрагмент, известный как FRB 200428, исходящий от магнетара SGR 1935+2154 в нашей галактике, что стало первым подтверждённым случаем FRB от магнетара на близком расстоянии;
- наблюдаемые поляризационные и временные свойства вспышек, такие как сложные структуры и широкие изменения, соответствуют моделям радиоизлучения, генерируемого в динамических магнитосферах магнетаров.
Таким образом, данные наблюдений FRB 20201124A являются ещё одним важным выверенным научным свидетельством в пользу связи FRB с магнетарами, хотя учёные продолжают работать над уточнением точного физического механизма.
Что такое магнетары и как они связаны с FRB
Магнетары — это разновидность нейтронных звёзд с чрезвычайно мощными магнитными полями, достигающими 10¹⁴ – 10¹⁵ гаусс, что в тысячи раз превышает магнитное поле обычных нейтронных звёзд.
Такие объекты образуются в результате коллапса массивных звёзд в сверхновые и обладают следующими ключевыми свойствами:
- крайне высокая магнитная энергия, способная вызывать мощные выбросы энергии;
- наблюдаемая активность в виде рентгеновских и гамма-всплесков, а также радиосигналов;
- потенциальная способность генерировать краткие, но чрезвычайно мощные радиоимпульсы — FRB.
Причина возникновения FRB в магнетарах до конца не понята, но современные теории связывают их с магнитными переподключениями, взрывами магнитосферных напряжений или другими динамическими процессами в чрезвычайно сильных магнитных полях.
Значение новых наблюдений
Новые данные о FRB 20201124A имеют важное значение для астрофизики и изучения FRB в целом:
- они показывают, что алгоритмы поиска и анализа FRB должны учитывать сложность структуры и широкую вариативность свойств источников;
- наблюдения в нескольких частотных диапазонах дают более полный спектр данных о механизмах эмиссии;
- подтверждение связи с магнетарами укрепляет одну из ведущих моделей происхождения FRB.
В совокупности эти результаты приближают учёных к пониманию природы FRB — одного из наиболее интригующих и энергичных явлений во Вселенной — и помогают уточнить теории, объясняющие, как и где во Вселенной происходят эти чрезвычайно быстрые и мощные радиоимпульсы.
Будущие направления исследований
Астрономы планируют продолжить наблюдения FRB 20201124A и других повторяющихся источников, чтобы получить:
- более подробные данные о спектральной и временной структуре вспышек;
- улучшенные оценки дисперсии и поляризации для изучения физического окружения источников;
- сравнение разных типов FRB с целью выявления общих признаков и отличий, что поможет выделить различные механизмы и источники.
Расширение базы наблюдений, включая новые телескопы и массивы радиотелескопов, позволит уточнить эволюцию и происхождение FRB, а также место магнетаров среди их источников.
Вывод
Многодиапазонные наблюдения FRB 20201124A выявили необычное разнообразие структуры и динамики вспышек, подтвердив, что этот источник является одним из наиболее сложных среди известных повторяющихся FRB. Эти данные усиливают гипотезу о том, что магнетары — ведущие кандидаты на роль источников FRB, и расширяют представления о процессах, происходящих в экстремальных магнитных и плазменных условиях.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
