Телескоп uGMRT раскрывает природу повторяющегося радиовсплеска FRB 20201124A

В космическом пространстве иногда внезапно вспыхивают и гаснут загадочные сигналы — невероятно мощные, длящиеся всего мгновение, но несущие энергию, которую Солнце излучает за несколько дней. Это быстрые радиовсплески (FRB), одна из самых интригующих тайн современной астрофизики. Каждая такая вспышка — это послание из глубин Вселенной, шифр, который ученые пытаются разгадать, чтобы понять экстремальные состояния материи и космические катаклизмы. Среди этих загадочных сигналов есть особая категория — повторяющиеся всплески, которые, словно настойчивый радиомаяк, возникают снова и снова, позволяя заглянуть в эпицентр явления. Один из таких уникальных объектов, FRB 20201124A, недавно стал предметом масштабного исследования индийских астрономов, применивших мощь модернизированного гигантского радиотелескопа метрового диапазона (uGMRT). Их многочастотные наблюдения раскрыли поразительное многообразие и сложность поведения этого источника, сделав его ключевой фигурой в головоломке природы FRB.

Используя уникальные возможности телескопа uGMRT, работающего в широком диапазоне частот от 300 до 1460 МГц, команда под руководством Чахата Дудеджи провела детальный мониторинг FRB 20201124A. Этот источник, первоначально обнаруженный канадской системой CHIME в ноябре 2020 года, уже был известен своей высокой активностью и переменной поляризацией, включая экстремальную круговую поляризацию. Новое исследование значительно углубило понимание его природы.

В результате наблюдений было зафиксировано 146 отдельных всплесков, подавляющее большинство которых пришлось на полосу 550–950 МГц. Важным открытием стала асимметрия в частотной активности: когда высокочастотные всплески (около 1460 МГц) уже прекратились, источник продолжал демонстрировать активность на более низких частотах. Это указывает на изменения в свойствах окружающей плазменной среды или в механизме генерации излучения со временем. Особый интерес вызвали несколько пар всплесков, разделенных рекордно малыми интервалами всего в 17 миллисекунд. Такие сверхблизкие по времени события ставят жесткие ограничения на размер области их генерации и предполагают чрезвычайно быстрые и динамичные процессы в источнике.

Анализ параметров всплесков показал, что их дисперсионная мера — показатель количества рассеивающей плазмы на пути излучения — стабильна и колеблется в узком диапазоне 412–415 пк/см³. Это подтверждает, что источник расположен в собственной, возможно, сложной и динамичной, плазменной среде, например, в туманности, созданной звездой-прародителем. Подавляющее большинство всплесков оказались очень короткими, с собственной шириной менее 10 миллисекунд, а временные масштабы их рассеяния обычно не превышали 5 миллисекунд, что говорит об относительно низком уровне турбулентности в среде на последнем отрезке пути к Земле.

Исследование выявило фундаментальные статистические закономерности. Распределение потоков энергии всплесков следует не простому, а ломаному степенному закону с характерным изломом около 17 янских миллисекунд. Подобные изломы часто интерпретируются как переход между двумя режимами генерации всплесков или наличие разных популяций событий. Более того, распределение как интервалов между всплесками (времени ожидания), так и их энергий оказалось бимодальным, то есть имеет два явных пика. Это, вместе с обнаруженным кластерным характером излучения (когда всплески группируются во времени в нескольких частотных диапазонах), является сильным аргументом в пользу того, что активность источника модулируется сложными процессами в непосредственной близости от него.

Морфология отдельных всплесков поражает разнообразием. Астрономы наблюдали сложные структуры с множественными субвсплесками внутри одного события, явный дрейф частоты вниз (когда более высокие частоты приходят раньше низких), а также значительные вариации ширины импульсов. Такое богатство форм превращает FRB 20201124A в один из наиболее морфологически разнообразных повторяющихся источников среди всех изученных на сегодня.

Основываясь на совокупности полученных данных — экстремальной поляризации, признаках динамичной плазменной среды, кластерной активности и сложной морфологии всплесков, — авторы исследования пришли к выводу, что наиболее правдоподобным сценарием является магнетар, встроенный в сложную и динамичную плазменную оболочку.

Мощные возмущения в магнитосфере нейтронной звезды с колоссальным магнитным полем (магнетара), взаимодействующие с окружающей его плотной средой (возможно, остатками сверхновой или звездным ветром от звезды-компаньона), способны породить то удивительное многообразие явлений, которое зафиксировал uGMRT. Таким образом, данная работа не только подробно описала поведение одного объекта, но и предоставила ценные ключи для понимания физики всех быстрых радиовсплесков, укрепляя связь этих космических феноменов с самыми экзотическими объектами во Вселенной.