«У цих середовищах нейтронних зір магнітні поля справді є на межі того, що може створити Всесвіт».
Ймовірно, феєрверки вщухають у світі, бо святкування Нового року наближається до кінця. Однак для нейтронних зір, залишків колись нормальних зірок, які обертаються так швидко, що можуть святкувати земний Новий рік приблизно двічі на секунду, космічний феєрверк може ніколи не закінчитися.
Нові дослідження показують, що небесні феєрверки, створювані в середовищах з сильними магнітними полями поблизу деяких нейтронних зір, можуть пояснити швидкі та загадкові сплески енергії, які астрономи називають швидкими радіосплесками (fast radio bursts, FRB).
Попри те, що цей зв’язок виявляли багато разів раніше, результати, опубліковані в середу (1 січня) в журналі Nature, є новими, бо вони показують, що FRB, здається, походять з дуже близької до цих мертвих зір відстані. Вона становить лише подвоєну відстань між Нью-Йорком і Лос-Анджелесом.
«У цьому середовищі нейтронних зір магнітні поля справді є на межі того, що може створити Всесвіт», — сказав Кензі Німмо (Kenzie Nimmo) — керівник групи науковців, дослідник Массачусетського технологічного інституту (MTI) і постдок в Інституті астрофізики та космічних досліджень Кавлі.
Швидкі радіосплески та нейтронні зорі
Якими б разючими не були світлові шоу, створені людьми завдяки феєрверкам, швидкі радіосплески їх присоромили. Триваючи лише тисячну частку секунди, FRB може випромінювати таку ж енергію, яку Сонце випромінює за три дні. Як наслідок, ці потужні спалахи енергії можуть затьмарити цілі галактики.
Ця неймовірна сила може змусити вас зробити висновок, що FRB трапляються рідко, але це не так. Відколи астрономи помітили перший FRB у 2007 році, їх було виявлено тисячі. Деякі спалахують на відстані до 8 мільярдів світлових років, а деякі так близько, що трапляються в межах Молочного Шляху.
Хоча швидкі радіосплески яскраві й поширені, причина їхньої появи досі є загадкою. Проте потужність цих явищ пов’язала їх із найекстремальнішими середовищами Всесвіту: регіонами навколо нейтронних зір.
«Було багато дискусій про те, чи може це яскраве радіовипромінювання взагалі вийти з цієї екстремальної плазми», — сказав Німмо.
Ілюстрація нейтронної зорі в центрі залишків від наднової, де виникає швидкий радіосплеск. Автор зображення, створеного за допомогою Canva, Роберт Лі (Robert Lea). Фото з сайту www.space.com.
Нейтронні зорі — це залишки масивних зірок. Коли такі зорі гинуть, то їхні ядра, маса яких приблизно в один або два рази перевищує масу Сонця, стискаються до приблизно 20 кілометрів. Нейтронні зорі з потужними магнітними полями відомі як «магнетари».
«Навколо цих сильно намагнічених нейтронних зір, також відомих як магнетари, атоми не можуть існувати — їх просто розривають на частини магнітні поля», — сказав учасник наукової групи та дослідник MTI Кійоші Масуї (Kiyoshi Masui).
Є дві основні теорії щодо магнетарів і появи швидких радіосплесків. Одна припускає, що вони виникають поблизу цих мертвих зір в умовах турбулентності, які спричиняє надзвичайна гравітація нейтронної зорі. Інша теорія припускає, що FRB виникають через ударні хвилі, що поширюються від нейтронних зір і, отже, трапляються далі від цих щільних залишків зірок.
Щоб зробити вибір між цими теоріями, наукова група застосувала новий метод аналізу швидкого радіосплеска під назвою FRB 20221022A, радіосигналу з деякими унікальними властивостями.
Блиск, мерехтіння FRB
Швидкий радіосплеск 20221022A виявили у 2022 р. за допомогою радіотелескопа «Канадський експеримент з картографування інтенсивності водню» (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, CHIME). Було встановлено, що він походить від нейтронної зорі в галактиці, розташованій приблизно за 200 мільйонів світлових років від Землі.
Багато в чому FRB 20221022A є типовим швидким радіосплеском, але було одне, що проявилось в даних CHIME: світло в цьому сигналі було поляризованим. Це вказує на те, що він виник поблизу нейтронної зорі.
З метою визначити, чи це так, наукова група використала «сцинтиляцію» цього FRB, щоб глибоко проаналізувати явище та точніше встановити місце його появи. Термін сцинтиляція (мерехтіння — Ред.) багатьом відомий, бо це фізичний процес, що зовні нагадує видиме «мерехтіння» зір, коли їхнє світло проникає крізь атмосферу Землі.
Наукова група вважала, що мерехтіння цього FRB може допомогти визначити розмір району, з якого він виник. Сильне мерехтіння означає, що сплеск радіовипромінювання походить з турбулентного магнітного середовища навколо нейтронної зорі. Відсутність спостережуваної сцинтиляції буде означати, що він виникає далі від нейтронної зорі, що є підтвердженням теорії ударної хвилі.
На цьому зображенні показано розташування швидких радіосплесків на нічному небі. Авторські права на зображення: NRAO Outreach/Т. Джаррет (IPAC/Caltech), Б. Сакстон (NRAO/AUI/NSF). Фото з сайту www.space.com.
Зміни яскравості показали, що FRB 20221022A виник на відстані не більше 10 000 кілометрів від нейтронної зорі, що швидко обертається. Для порівняння: це приблизно 1/40 відстані між Землею і Місяцем.
«Розгледіти ділянку протяжністю 10 000 км з відстані 200 мільйонів світлових років — це все одно, що мати можливість виміряти ширину спіралі ДНК на поверхні Місяця, яка становить близько 2 нанометрів», — сказав Масуї. Це дивовижний діапазон масштабів».
Дослідження FRB 20221022A, яке виконала наукова група, здається, виключає можливість того, що FRB виникають внаслідок ударних хвиль, що пронизують ширше середовище довкола магнетарів.
«Захоплює в цьому те, що енергія, яка накопичується в цих магнітних полях поблизу зорі, “форматується” таким чином, що може вивільнятися у вигляді радіохвиль, які ми можемо бачити на велетенських відстанях», — пояснив Масуї.
Висновки наукової групи є першим доказом того, що FRB виникають близько до нейтронних зір, і дослідники сподівається, що їх сцинтиляційний метод тепер може бути застосований до інших швидких радіосплесків.
«Ці спалахи трапляються завжди; CHIME виявляє кілька на день, — сказав Масуї. — Можливо, існує багато різноманітності в тому, як і де вони відбуваються, і цей метод мерехтіння буде справді корисним, щоб допомогти розрізнити різні фізичні фактори, які спричиняють такі сплески».
За інф. з сайту www.space.com підготував Іван Крячко
