Астрономы описали процесс возникновения радиовсплесков в космосе

Ученые из Института астрономии РАН (ИНАСАН) и Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ) подтвердили гипотезу возникновения радиовсплесков в космос за счет нейтронных звезд с экстремально сильными магнитными полями. Об этом сообщили в понедельник в отделе популяризации науки и технологий Министерства науки и высшего образования России.

Быстрые радиовсплески в космосе - кратковременные импульсы, длительность которых составляет одну тысячную долю секунды. На вопрос о природе возникновения быстрых радиовсплесков у научного сообщества не было однозначного ответа, астрофизики предлагают различные гипотезы происхождения подобных явлений. Одна из версий связывает радиовсплески с магнитарами, нейтронными звездами с экстремально сильными магнитными полями, которые в десять в пятнадцатой степени раз превосходят земное. Российским ученым удалось подтвердить эту гипотезу многомерными численными расчетами на суперкомпьютерах. Исследование провели Максим Барков, ведущий научный сотрудник отдела физики и эволюции звезд ИНАСАН, и Сергей Попов, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ.

"Вопрос о том, где рождается излучение - вдали или в магнитосфере самого магнитара - оставался открытым. Более года мы пытались решить эту задачу, и вот, использовав результаты Сергея Корягина из Федерального исследовательского центра Института прикладной физики Российской Академии наук о свойствах излучения мазерного синхротрона, нам это удалось. В 2022 году вместе с Сергеем Поповым мы применили предложенную модель излучения для быстрых радиовсплесков к результатам моделирования взаимодействия пульсарного и звездных ветров в двойных системах с большим эксцентриситетом", - приводятся в сообщении слова Баркова.

Большинство звезд во Вселенной двойные - они связаны гравитацией в тесную двойную систему и вращаются вокруг общего центра масс. Более массивная звезда в системе эволюционирует быстрее и взрывается как сверхновая, то есть резко увеличивая свою яркость в 106-109 раз на несколько недель, а вторая звезда остается невредимой. В результате взрыва сверхновой может образоваться магнитар - это нейтронная звезда с экстремально сильным магнитным полем. Оба компонента двойной системы обладают звездным ветром: ветер магнитара разреженный и прозрачный для радиоизлучения, а ветер второго компонента - плотный и непрозрачный для радио. Со временем эти ветра смешиваются и образуют спиралевидную оболочку вокруг двойной системы. На границе раздела ветров находится ударная волна.

На поверхности магнитаров происходит пересоединение магнитного поля, изменение топологии его силовых линий, с выделением большого количества энергии, которое сопровождается вспышками. Если вспышка происходит вблизи магнитного полюса, то при взаимодействии с ударной волной вспышка может привести к формированию быстрого всплеска в радиодиапазоне. Эти короткие события, длящиеся тысячную долю секунды, несут энергию, сопоставимую с той, которую Солнце излучает за год. В одном из самых изученных источников FRB 180916 всплески происходят один раз с периодичностью в 16 дней.

Российские астрономы показали, что в то время, когда спиральная ударная волна на луче зрения находится ближе к магнитару, видно излучение на 1 ГГц, а когда спираль удаляется, то частота излучения падает до 100 МГц, что отлично согласуется с ранее описанными наблюдениями других ученых. Они смогли описать и воспроизвести как длительность видимости радиовспышек, так и эволюцию частот самих вспышек. В будущем научный коллектив планирует развивать предложенную модель излучения, а также исследовать взаимодействие магнитарных вспышек с ветром двойной системы.