Быстрые радиовсплески (FRB) являются одной из самых загадочных мистерий во Вселенной. Несмотря на то, что природа абсолютно всех FRB астрономам по-прежнему неизвестна, ученые, кажется, наконец выяснили из какой удивительной среды появились одни из самых обсуждаемых в последнее время FRB. Речь идет о повторяющихся сигналах FRB 121102.
Впервые о сигналах FRB 121102 исследователи заговорили в ноябре 2012 года, но для того, чтобы сузить круг поиска их необычной природы, у ученых ушло несколько лет. Наиболее быстрые радиовсплески, как правило, проявлялись всего один раз, что сделало вычисление их источника невыполнимой задачей, однако особенностью FRB 121102 оказалось то, что эти сигналы повторяются.
Это дало ученым уникальную возможность изучить эти сигналы. FRB представляют собой радиоимпульсы длительностью несколько миллисекунд, но при этом порой обладающие энергией 500 миллионов солнц. Так как чаще всего эти радиоимпульсы не повторяются, то и предсказать их становится практически невозможно. Как, впрочем, и отследить их источник. Именно поэтому ученые до сих пор не могли определить их истинную природу.
Сигналы FRB 121102 не переставали удивлять исследователей в течение нескольких лет. В марте 2016 года астрономы объявили об обнаружении в архивных данных телескопов информации о 10 быстрых радиовсплесках из одной и той же области. В декабре 2016 года было обнаружено еще 6 сигналов FRB 121102, а в августе 2017 — еще 15. Это позволило ученым определить местоположение источника этих сигналов. Им оказался звездообразующий регион одной карликовой галактики, расположенной в более чем трех миллиардах световых лет от Земли.
Международная группа исследователей, изучая данные с разных радиотелескопов, смогла еще сильнее сузить круг поиска и в конечном итоге прийти к единственному выводу. Ученые как никогда уверены, что источником FRB 121102 является нейтронная звезда. И судя по всему, эта звезда находится в чрезвычайно экстремальной среде – либо очень близко к черной дыре, либо внутри очень мощной туманности. К таким выводам исследователей натолкнул тот факт, что эти радиосигналы были «закрученными».
О своей работе специалисты поделились в журнале Nature, где сообщают, что сигналы FRB 121102 оказались практически полностью поляризованы. Когда эти поляризованные сигналы проходят сквозь магнитное поле, то они закручиваются, и чем сильнее это магнитное поле, тем сильнее они закручиваются. Эта особенность носит название эффекта Фарадея и позволяет исследователям больше узнавать о природе тех или иных волн. В случае сигналов FRB 121102 их плоскость поляризации оказалась самой закрученной из когда-либо наблюдавшихся, что говорит о том, что они прошли через очень мощное магнитное поле.
«Единственные известные в нашей галактике источники, обладающие такой же, как и у FRB 121102, закрученной плоскостью поляризации, находятся в галактическом центре и располагаются в очень динамическом регионе рядом с массивной черной дырой. Возможно, источник FRB 121102 находится в аналогичной среде в своей галактике», — говорит Даниэль Мичилли из Амстердамского университета.
«Также особенность закрученной плоскости поляризации можно объяснить, если их источник расположен в очень мощной туманности, оставшейся после взрыва сверхновой», — добавляет ученый.
Наблюдение объясняет и роль нейтронной звезды. Считается, что эти объекты возникают в результате вспышек сверхновых звезд. Если же масса звезды оказывается выше определенного значения, то вместо сверхновой она превращается в черную дыру.
Нейтронные звезды — очень маленькие и очень плотные объекты. А при вращении они излучают радиоимпульсы. Определенный тип нейтронных звезд, называемых магнетарами, обладает экстремально мощным магнитным полем и способен создавать выбросы – аналогичные тому, как Солнце производит солнечные вспышки. Они тоже рассматривались учеными в качестве возможного источника быстрых радиоимпульсов, однако наблюдения показали, что самые мощные вспышки этих объектов были на четыре порядка ниже по мощности, чем FRB 121102. В итоге ученые пришли к мнению, что источником FRB 121102 является обычный тип нейтронной звезды. В то же время исследователи планируют продолжить свою работу и постараются побольше выяснить, в какой именно среде они появились.
«Мы продолжим наблюдения и проследим за тем, как со временем изменяются свойства этих всплесков. В рамках этих наблюдений мы постараемся выяснить, какое из предположений оказалось верным – нейтронная звезда находится рядом с черной дырой, либо же она находится внутри очень мощной туманности», — говорит Джейсон Хессельс из того же Амстердамского университета.
В то же время мы по-прежнему не знаем, что является источником десятка других наблюдавшихся радиовсплесков. Они не повторялись, как это было с FRB 121102, поэтому ученые предполагают, что FRB 121102 могут быть уникальными в своем роде, в то время как другие могут иметь иные источники.