Астрономы обнаружили самые быстрые в истории наблюдений радиовсплески

Быстрые радиовсплески (Fast Radio Bursts, FRB) представляют собой короткие и яркие импульсы радиоизлучения, которые обычно длятся от одной до нескольких миллисекунд, иногда даже целую секунду. Интересно, что типичная энергия такого всплеска сопоставима с выбросом энергии, испускаемой Солнцем за день, а то и несколько дней.

Ученые пока точно не знают природу FRB-сигналов. Однако есть теория, что их источниками могут быть магнетары — молодые нейтронные звезды с очень сильными магнитными полями. По одной из версий, они выбрасывают заряженные частицы, создавая ударную волну, которая испускает эти вспышки. 

Кроме того, выдвигаются гипотезы, согласно которым причиной радиовсплесков могут быть гибнущие планеты у нейтронных звезд; сверхновые, а также слияние нейтронных звезд.  

Определить источник быстрых радиовсплесков весьма сложно из-за их непродолжительности. Но эти события интересны для астрономов, потому что могут рассказать достаточно много о космических объектах, которые их испускают, а также помочь исследовать распределение материи в галактиках. 

Впервые такие радиовсплески исследователи обнаружили в 2007 году, причем случайно. Американские астрономы анализировали архивные записи наблюдений за пульсаром, которые вел радиотелескоп австралийской обсерватории «Паркс» (Parkes Observatory), и выявили странные пики кратковременной активности, которую могут вызвать только достаточно мощные выбросы энергии.

Вспышка получила обозначение FRB 20010724. Детальный ее анализ показал, что она пришла от источника, свет от которого шел до Земли три миллиарда лет, то есть находящегося за пределами Млечного Пути. И поскольку FRB-сигнал нашли в массиве архива обзорных наблюдений, ученые оценили вероятность частоты таких событий. Выяснилось, что ежедневно на небе могут происходить тысячи быстрых радиовсплесков, но их не регистрируют. Проблема в радиотелескопах, точнее — в том, что они не могут покрыть все небо, а исследуют лишь маленькую его часть. 

В дальнейшем специалисты стали чаще открывать быстрые радиовсплески. Оказалось, они имеют внегалактическое происхождение и являются одинарными — исходят от одного источника всего один раз. Однако в 2012 году астрономы открыли первый в истории наблюдений источник повторяющихся быстрых радиовсплесков FRB 20121102A. Первые радиосигналы от него исследователи зарегистрировали в том же году, затем «ловили» с периодичностью раз в один-два года. 

Наблюдения за источником в различных диапазонах показали, что он находится в направлении созвездия Возничего, внутри тусклой карликовой галактики, свет от которой шел до Земли почти три миллиарда лет.

В октябре 2023 года в журнале Nature Astronomy вышла работа астрономов из Нидерландского института радиоастрономии, посвященная очередной серии быстрых радиовсплесков FRB 20121102A. Авторы утверждают, что им удалось отыскать в архиве обзорных наблюдений самые короткие из когда-либо обнаруженных FRB-сигналов. 

Анализируя 400-терабайтный массив астрономических данных, которые с 2017 года собирал радиотелескоп Грин-Бэнк (США) для проекта Юрия Мильнера по поиску внеземной разумной жизни Breakthrough Listen, исследователи нашли в нем несколько десятков быстрых радиоимпульсов. Из этого количества восемь имели очень малую продолжительность — всего микросекунды. Самый короткий из них длился 6,5 микросекунды, самый длинный — 86. Напомним, обычно быстрый радиовсплеск длится не менее миллисекунды (в ней 1000 микросекунд).

«Сверхбыстрые радиоимпульсы дают некоторую информацию об источнике: он должен быть очень мал — вероятно, не больше нескольких километров в диаметре. Скорее всего, они исходят от компактного объекта, а не появились вследствие ударной волны», — объяснил ведущий автор исследования Марк Снелдерс.

Когда FRB-сигналы перемещаются в космосе, они приобретают «характерную кривую» — достигают Земли в виде спектра частот, что говорит о встреченных на их пути препятствиях. Одни частоты приходят первыми, в то время как другие на пути к нашей планете замедляются газом и пылью. 

Марк Снелдер предположил, что быстрые радиовсплески можно было бы использовать в качестве «астрофизических зондов» для изучения облаков газа и пыли, через которые проходит радиовсплеск. Эти газы достаточно непросто разглядеть в телескопы, но можно определить, где они находятся или насколько они обильны, по тому, как они искажают FRB-сигналы. Такая информация может помочь составить карту распределения материи, показывающую, какая ее часть в галактиках приходится на звезды, а какая — на газ.