Была ли наконец решена загадка быстрых радиовсплесков?

Обширный анализ свойств 128 неповторяющихся радиочастотных всплесков (FRB) позволяет предположить, что они происходят из далеких галактик, сравнимых с Млечным Путем. Напротив, повторяющиеся всплески, как предполагается, происходят в более экстремальных условиях, с очень высокой плотностью и магнитными полями. Эти результаты дают ценные сведения об этих радиоизлучениях, которые долгое время оставались загадочными.

Быстрые радиовсплески (FRB) — это мощные радиоволновые излучения, которые за одну миллисекунду производят количество энергии, эквивалентное тому, что Солнце производит за три дня (в среднем). Впервые они были обнаружены в 2007 году, и на сегодняшний день выявлено более 1 000 FRB. Большинство из них неповторяющиеся, а 3 % — повторяющиеся (то есть они всегда происходят в одном и том же месте). Если первые обнаруживаются на частотах от 300 МГц до 1,53 ГГц, то вторые охватывают широкий диапазон частот от 110 МГц до 8 ГГц.

Однако, несмотря на частоту их появления и многочисленные исследования, посвященные им, их точное происхождение и механизмы, лежащие в основе их образования, остаются неясными. Кроме того, неясно, имеют ли эти две категории FRB различное происхождение, или даже все FRB являются повторяющимися, но наши приборы недостаточно чувствительны, чтобы определить разницу.

На самом деле между этими двумя типами FRB существует пробел в исследованиях, поскольку повторяющиеся FRB гораздо легче наблюдать. С другой стороны, изучение неповторяющихся FRB требует одновременного наблюдения большой части неба, поскольку мы никогда не знаем, откуда придет сигнал.

С другой стороны, FRB излучают поляризованный свет, то есть свет, который всегда ориентирован в одном направлении (вертикально, горизонтально или под углом между этими двумя ориентациями). Однако «до сих пор мы всегда наблюдали за ними так же, как за звездой на небе — думая о ее светимости или определяя, как далеко она находится«, — рассказал Space.com Аюш Панди (Ayush Pandhi) из Университета Торонто.

Обнаружение изменений в этой поляризации может дать информацию о среде, через которую проходят FRB, прежде чем попасть в наши приборы. Потенциально это может дать подсказку об их истинном происхождении. Исходя из этого, Панди и его коллеги проанализировали около сотни неповторяющихся FRB в поляризованном свете, используя данные Канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода (CHIME).

В то время как большинство радиотелескопов могут одновременно охватывать лишь небольшие участки неба, CHIME позволяет наблюдать гораздо более широкую область для обнаружения FRB, что дает возможность отличить повторяющиеся и неповторяющиеся FRB. С другой стороны, наблюдения в поляризованном свете — редкость, поскольку их гораздо сложнее проводить с технической точки зрения.

«Это первый проблеск оставшихся 97% [неповторяющихся FRB]«, — объясняет Панди в пресс-релизе Университета Торонто, ссылаясь на новое исследование, подробно описанное в журнале The Astrophysical Journal. «Это позволяет нам пересмотреть наши представления о FRB и понять, чем могут отличаться повторяющиеся и неповторяющиеся FRB«, — добавляет он. В исследовании также принимали участие Калифорнийский университет в Санта-Крузе, Амстердамский университет и Университет Макгилла (Канада).

Радиовсплески из далеких галактик

Для проведения исследования ученые проанализировали 128 неповторяющихся FRB. Хотя в предыдущих исследованиях неповторяющиеся FRB изучались в поляризованном свете, это первый случай, когда таким образом было проанализировано более сотни FRB за один раз. Если поляризованный свет проходит через электроны и магнитные поля, угол его поляризации меняется. Эти изменения становятся более значительными, когда излучение проходит через намагниченную материю.

«Это новый способ анализа имеющихся у нас данных о FRB. Вместо того чтобы просто смотреть на яркость объекта, мы также смотрим на угол наклона электромагнитных волн света«, — объясняет Панди. «Это дает дополнительную информацию о том, как и где возникает этот свет и через что он прошел на своем пути к нам за многие миллионы световых лет«.

Они обнаружили, что неповторяющиеся FRB, похоже, приходят из далеких галактик, более или менее похожих на нашу собственную. На самом деле, их поляризация гораздо ниже, чем у повторяющихся FRB, что говорит о том, что они проходят через меньшее количество материи и магнитных полей, чем последние.

Повторяющиеся FRB, с другой стороны, скорее всего, происходят из более экстремальных сред с гораздо более плотными магнитными полями, учитывая их поляризацию. Первоначально исследователи предположили, что это нейтронные звезды (или пульсары), учитывая преходящий характер излучения, испускаемого этими объектами. Однако, как ни странно, поляризационные характеристики FRB не совпадают с пульсарами.

Слева: поляризационное распределение повторяющихся и неповторяющихся FRB с линейно значимым поляризованным детектированием. Справа: нормализованные параметры поляризации для повторяющихся (сплошная синяя линия) и неповторяющихся (сплошная красная линия) FRB.

«Если бы эти объекты происходили из одного и того же типа, можно было бы ожидать, что они будут иметь сходство, но, похоже, на самом деле они совершенно разные«, — говорит Панди. Это позволяет предположить, что данная группа представляет собой либо отдельную популяцию, либо более эволюционировавшие версии одной и той же популяции из среды, которая изначально была менее экстремальной.

Несмотря на то, что остается много вопросов, эти результаты могут послужить основой для будущих исследований в этой области. Например, они могут помочь уточнить теоретические предсказания или улучшить моделирование. «Это дает еще один параметр или даже несколько дополнительных параметров, которые помогут нам исключить некоторые теории об их природе и происхождении, пока мы не получим ту, которая согласуется (с наблюдениями)«, — заключает астрофизик.