Тайна загадочных космических радиовспышек раскрыта окончательно

Астрономам давно не давала покоя тайна рождения быстрых радиовсплесков – коротких и ярких вспышек радиоизлучения, появляющихся где-то в космосе и имеющих неясную природу. Теперь учёные окончательно разобрались с их источником. Особенно приятно, что важный вклад в это внесли российские специалисты.

Достижение описано в двух научных статьях, опубликованной в журнале Nature Astronomy. Первая из них написана российскими учёными при участии одного исследователя из США. Вторая принадлежит перу китайских астрономов.

Быстрые радиовсплески (fast radio bursts, или FRB) – это короткие (длительностью несколько миллисекунд) и яркие вспышки радиоизлучения. Их впервые обнаружили в 2007 году и с тех пор наблюдали около сотни раз. Но природа этих вспышек оставалась загадкой, хотя гипотез было множество.

Ещё в 2007 году Константин Постнов и Сергей Попов из Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ имени М. В. Ломоносова выдвинули интересную гипотезу. Они предположили, что источником FRB являются магнетары. Это нейтронные звёзды с колоссальным магнитным полем: 1013–1014 гауссов. Для сравнения: магнитное поле Земли имеет магнитную индукцию менее одного гаусса.

К слову, магнетары – редкие птицы: во всей огромной Галактике их известно всего около тридцати.

18 апреля 2020 года радиотелескопы впервые зафиксировали FRB, родившийся в Млечном Пути (FRB 200428, как его обозначили). Астрономы определили небесное тело, испустившее этот радиоимпульс, и им действительно оказался магнетар SGR 1935+2154. Это стало вехой в истории изучения быстрых радиовсплесков. Один из самых авторитетных в мире научных журналов – Science – включил это открытие в список важнейших научных прорывов 2020 года.

Однако у дотошных учёных всё ещё оставались некоторые сомнения в том, что источник радиоимпульса определён верно. Теперь же они отпали. Всё благодаря наблюдениям магнетара SGR 1935+2154 в рентгеновских и гамма-лучах.

Как раз в апреле 2020 года это небесное тело демонстрировало особенно бурную активность. Рентгеновские и гамма-вспышки следовали одна за другой. Очередное такое событие произошло 28 апреля одновременно с быстрым радиовсплеском FRB 200428. При этом картина рентгеновского импульса точно повторяла радиовсплеск: два миллисекундных пика, разделённых интервалом 30 миллисекунд. В том, что источником рентгеновской вспышки был именно SGR 1935+2154, нет никаких сомнений: координаты были определены даже точнее, чем в радиодиапазоне.

Две одновременные и совершенно одинаковые вспышки в радиоволнах, рентгеновских и гамма-лучах не могут быть совпадением. Несомненно, они порождены одним и тем же событием на магнетаре SGR 1935+2154.

Отметим, что FRB 200428 стал первым быстрым радиовсплеском, который был зафиксирован в каком-либо ещё диапазоне, кроме радиоволн.

Наблюдения в рентгеновских и гамма-лучах были выполнены сразу несколькими орбитальными телескопами. Это российский инструмент "Конус" на борту американской обсерватории Wind, а также телескопы Integral (Европейское космическое агентство), Agile (Италия) и Insight-HXMT (Китай).

К слову, вспышка, сопровождавшая радиовсплеск FRB 200428, была совсем не похожа на обычные рентгеновские вспышки магнетара. Видимо, для того чтобы родился быстрый радиовсплеск, нужно, чтобы с нейтронной звездой произошло нечто особенное. Это объясняет, почему подобные события так долго не фиксировались в нашей галактике.

"Одновременная регистрация от галактического магнетара всплеска, вполне аналогичного быстрому радиовсплеску FRB, в радио- и рентгеновском/гамма-диапазонах спектра является сильнейшим аргументом в пользу магнетарной гипотезы [происхождения быстрых радиовсплесков], а также позволяет говорить, что по крайней мере существенная доля быстрых радиовсплесков порождается мощными вспышками внегалактических магнетаров", – резюмирует соавтор научной статьи Сергей Попов.

Нейтронные звёзды со сверхсильным магнитным полем оказались источником таинственных радиовсплесков.
Иллюстрация NASA’s Goddard Space Flight Center.

Поясним, что астрономы называют галактическими объекты, находящиеся в Галактике (то есть в Млечном Пути), а внегалактическими – лежащие вне её.

Обратим внимание на осторожность учёного: он говорит не "все быстрые радиовсплески" а "по крайней мере существенная доля быстрых радиовсплесков". Астрономы давно знают, что явления, очень похожие с точки зрения наблюдателя, иногда имеют очень разную природу. Так что нельзя исключить, что магнетары порождают только часть FRB, а остальные вспышки генерируются чем-то иным.

Между прочим, у въедливых экспертов остаётся ещё один повод для сомнений: общая энергия, выделившаяся при радиовсплеске FRB 200428, в десять раз меньше, чем у радиовсплесков, наблюдаемых в других галактиках. Однако у учёных есть гипотеза, изящно объясняющая этот факт. Они предполагают, что радиовсплески бывают самой разной мощности. Слабые всплески происходят чаще, но на межгалактических расстояниях видны, естественно, только самые сильные. Так что нет ничего удивительного в том, что первый FRB, обнаруженный в Млечном Пути, был слабым (они чаще случаются), а в других галактиках наблюдаются только сильные (остальных мы просто не видим с такой дистанции).

"Теперь теоретикам предстоит понять, каков же механизм возникновения FRB в деталях. А наблюдатели продолжают наблюдать в надежде найти новые ключи, чтобы лучше разобраться в тайне быстрых радиовсплесков", – отмечает Попов.