Астрономы приблизились к разгадке происхождения быстрых радиовсплесков

Новое исследование международной группы ученых определяет поляризацию как ключевую черту, которая может раскрыть происхождение мощных космических радиосигналов продолжительностью в миллисекунды.

Спустя почти 15 лет после открытия быстрых радиовсплесков (FRB) происхождение миллисекундных космических сигналов в глубоком космосе остается загадкой.

Такое положение дел может вскоре измениться благодаря работе международной группы ученых, в том числе астрофизика UNLV Бин Чжана, которая отследила сотни всплесков из пяти разных источников и нашла подсказки в поляризационных картинах FRB, которые могут раскрыть их происхождение. Выводы группы были опубликованы в выпуске журнала Science.

FRB производят электромагнитные радиоволны, которые, по сути, представляют собой колебания электрических и магнитных полей в пространстве и времени.

Направление колеблющегося электрического поля описывается как направление поляризации. Анализируя частоту поляризации FRB, наблюдаемых из разных источников, ученые выявили сходство в повторяющихся FRB, которые указывают на сложную среду вблизи источника всплесков.

«Это важный шаг к пониманию физического происхождения FRB», — сказал Бин Чжан, выдающийся профессор астрофизики UNLV и соавтор статьи, внесший свой вклад в теоретическую интерпретацию явления.

Чтобы установить связь между всплесками, международная исследовательская группа под руководством из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук проанализировала поляризационные свойства пяти повторяющихся источников FRB, используя радиотелескоп FAST и телескоп GBT.

С тех пор, как сигналы FRB были впервые обнаружены в 2007 году, астрономы всего мира обратились к мощным радиотелескопам, таким как FAST и GBT, чтобы проследить всплески и найти подсказки о том, откуда они берутся и как они образуются.

Широко распространено мнение, что источником большинства FRB являются магнетары, невероятно плотные нейтронные звезды размером 10-20 км, которые обладают самыми сильными магнитными полями во Вселенной.

Обычно они имеют почти 100% поляризацию. И наоборот, во многих астрофизических источниках, включающих горячую плазму, таких как Солнце и другие звезды, наблюдаемое излучение неполяризовано, потому что колеблющиеся электрические поля имеют случайную ориентацию.

В исследовании, которое команда астрономов первоначально опубликовала в прошлом году в журнале Nature, FAST обнаружила 1652 импульса от активного ретранслятора FRB 121102. Несмотря на то, что было обнаружено другими телескопами, что всплески от источника сильно поляризованы – ни один из всплесков, обнаруженных с помощью FAST в его полосе частот, не был поляризован, несмотря на то, что FAST является крупнейшим радиотелескопом с одной тарелкой в мире.

“Мы были очень озадачены отсутствием поляризации”, — говорят исследователи. “Позже, когда мы систематически изучали другие повторяющиеся FRB с помощью других телескопов в разных частотных диапазонах, появилась единая картина”.

По словам ученых, единая картина заключается в том, что каждый повторяющийся источник FRB окружен сильно намагниченной плотной плазмой. Эта плазма производит различное вращение угла поляризации в зависимости от частоты, и принимаемые радиоволны поступают по нескольким путям из-за рассеяния волн плазмой.

Когда астрономы учитывали только один регулируемый параметр, многочисленные наблюдения выявили систематическую эволюцию частоты, а именно деполяризацию в сторону более низких частот.

“Такое простое объяснение, содержащее только один свободный параметр, может стать важным шагом на пути к физическому пониманию происхождения повторяющихся FRB”, — объясняют исследователи.

Ди Ли, соавтор исследования, согласен с тем, что анализ может представлять собой краеугольный камень в завершении космической головоломки FRB.

“Например, чрезвычайно активные FRB могут представлять собой отдельную популяцию», — говорит он. “С другой стороны, мы начинаем видеть эволюционную тенденцию в FRB, когда более активными источниками в более сложных средах являются более молодые взрывы”.

Исследование было опубликовано в журнале Science.