Новый быстрый радиовсплеск обнаружен в неожиданной части космоса

Открытые около 15 лет назад, быстрые радиовсплески (FRB) представляют собой вспышки радиоволн длительностью в несколько миллисекунд, физическое происхождение которых остается неизвестным. Среди рассмотренных гипотез вероятным источником этих выбросов представляются магнетары — нейтронные звезды с мощным магнитным полем, возникающие в результате взрывов сверхновых. Однако недавнее обнаружение нового быстрого радиовсплеска загадочного происхождения может поставить под сомнение эту гипотезу.

На сегодняшний день ученые обнаружили более 100 источников FRB, 24 из которых производят повторяющиеся всплески. Несмотря на растущее число обнаружений, вопрос об их происхождении остается открытым; источники, как правило, находятся на расстоянии сотен миллионов световых лет.

FRB 20200120E - это повторяющийся FRB, обнаруженный в 2021 году канадским радиотелескопом CHIME; считается, что он связан с шаровым скоплением (очень плотным звездным скоплением), расположенным в спиральной галактике M81, примерно в 12 миллионах световых лет от Млечного Пути — поэтому он может быть ближайшим внегалактическим FRB.

Наблюдения позволили определить местонахождение этого FRB в 2 парсеках от оптического центра шарового скопления. Шаровые скопления являются домом для старых звездных популяций, что ставит под сомнение модели FRB, которые полагаются на молодые магнетары, сформированные в коллапсе ядра сверхновой. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature, FRB 20200120E вместо этого, как полагают, возникла из магнетара, образовавшегося либо в результате коллапса белого карлика, вызванного аккрецией, либо в результате слияния компактных звезд в бинарной системе.

"Чтобы произвести FRB, необходимо огромное количество энергии, которая может быть быстро высвобождена и использована в различных процессах. Единственными известными нам источниками такого типа являются либо магнитные поля скоплений нейтронных звезд — магнетаров — либо гравитационная энергия черных дыр", — объясняет д-р Марцин Гавроньски из Института астрономии Университета Николая Коперника в Торуни, Польша, в своем заявлении. Именно поэтому магнетары быстро стали рассматриваться как вероятный источник FRB.

Однако астрономы не могут объяснить, почему большинство FRB уникальны (они обнаруживаются только один раз), в то время как другие происходят несколько раз, а некоторые даже имеют строгую периодичность. Например, FRB 121102, открытый в 2014 году благодаря данным обсерватории Аресибо, уже является источником более 200 сигналов, излучение которых очень непостоянно. Источник FRB 180916, с другой стороны, показывает период излучения в 4 дня, затем молчит в течение 12 дней, а затем снова излучает. Поскольку они в основном уникальны и очень случайны, FRB трудно изучать.

После обнаружения FRB 20200120E международная группа астрономов сосредоточила свое внимание на галактике M81 в надежде узнать больше об этом повторяющемся всплеске. Были использованы крупнейшие радиотелескопы Европы (включая Эффельсбергский радиотелескоп, Сардинский радиотелескоп и RT4 в Торуни с диаметрами 100, 64 и 32 метра соответственно), чтобы лучше обнаружить этот источник и охарактеризовать его окружение. С первых же наблюдений исследователи обнаружили серию из четырех всплесков, за которыми вскоре последовали еще два.

Сначала они поняли, что быстрый всплеск действительно исходил от шарового скопления — области, густо населенной звездами, что лишало всякой надежды точно определить местонахождение источника. Однако эти скопления, как правило, состоят из очень старых звезд, возрастом в миллиарды лет, и малой массы, поэтому найти там «молодой» магнетар вряд ли удастся. "Когда мы увидели первые результаты, мы не могли в это поверить, и сначала даже подумали, что просчитались. Оказалось, что нет", — вспоминает Гавронски.

Поэтому, если FRB действительно был произведен магнетаром, он не мог образоваться обычным способом, т.е. в результате взрыва массивной звезды. Эти звезды имеют относительно короткий срок жизни в космических масштабах, и через несколько миллионов лет они заканчивают свое существование в сверхновой звезде. Это означает, что в рассматриваемом здесь шаровом скоплении не могли образоваться таким образом новые магнетары.

Вместо этого ученые утверждают, что магнетар мог образоваться в результате взрыва "старой" звезды, в частности белого карлика. Теоретически это может произойти в бинарной системе, в которой белый карлик медленно поглощает материал своего компаньона; компактные бинары эффективно формируются в шаровых скоплениях. Аккреция продолжается до тех пор, пока масса звезды не приблизится к пределу Чандрасекара, в этот момент она становится слишком большой, чтобы звезда могла оставаться стабильной, что может привести к термоядерному взрыву, во время которого также может образоваться нейтронная звезда. Но в данном случае исследователи не могут объяснить, почему они не наблюдали никаких остатков или других следов этого взрыва.

Другой возможный источник этого загадочного взрыва: слияние двух старых компактных звезд (двух белых карликов или двух нейтронных звезд), явление, называемое килоновой, которое должно было привести к образованию более молодого объекта. Но, по мнению экспертов, такое событие вряд ли произойдет в нашей локальной Вселенной. Также возможно, что источником является не магнетар, а маломассивная рентгеновская двойная система (образованная белым карликом и нейтронной звездой или нейтронной звездой и экзопланетой) или даже черная дыра в процессе аккреции. Однако команда не смогла найти никаких доказательств ни того, ни другого явления (ни рентгеновского, ни гамма-излучения). Таким образом, происхождение FRB остается неясным по сей день, но благодаря этим недавним наблюдениям диапазон возможностей расширяется.