Из «мёртвой» галактики в двух миллиардах световых лет пришёл странный радиосигнал из восьми импульсов

Астрономы, исследующие таинственные радиосигналы из галактики почти в двух миллиардах световых лет от Земли, обнаружили необычную деталь. Один из мощных всплесков содержит восемь отдельных импульсов с возможным скрытым ритмом, длящимся всего 0,42 миллисекунды. Это открытие поднимает новые вопросы о том, что может производить повторяющиеся взрывы радиоэнергии в галактике, звёзды которой имеют возраст около 11 миллиардов лет.

Сигналы исходят от источника FRB 20240209A — повторяющегося быстрого радиовсплеска, связанного с древней эллиптической галактикой, которая почти полностью перестала формировать новые звёзды. Исследователи выявили сложную последовательность радиовыбросов, необычные изменения их частот и свидетельства того, что сигналы прошли через намагниченный материал. Результаты опубликованы 29 октября 2026 года в статье, принятой журналом The Astrophysical Journal. Они добавляют ещё один слой к космической загадке, которую астрономы исследуют почти два десятилетия.

Последний анализ основан на наблюдениях, сделанных с помощью радиотелескопа Грин-Бэнк в Западной Виргинии 18 августа 2024 года. За четыре часа мониторинга огромный радиотелескоп обнаружил три отдельных всплеска от одного и того же далёкого источника. Первый пришёл в 14:59 по всемирному координированному времени, второй — в 16:20, третий — в 17:05. Именно последний всплеск дал самые примечательные результаты, выявив сложную структуру, которая ранее не разрешалась с такой детализацией.

Третий сигнал был существенно ярче предыдущих двух. Исследователи подсчитали, что его изотропно-эквивалентная радиоэнергия достигла примерно 4,69 × 10³⁹ эрг, что эквивалентно 4,69 × 10³² джоулей. Если бы эта энергия излучалась одинаково во всех направлениях, она была бы сравнима с общей энергией, которую Солнце производит на всех длинах волн примерно за две недели. Всплеск выдал это количество радиоэнергии за исключительно короткий период: его восемь различимых компонентов растянулись всего на несколько миллисекунд.

Более внимательное изучение показало, что радиоизлучение не было единой гладкой вспышкой. Оно содержало восемь отдельных пиков, каждый в слегка отличающийся момент. Сигналы также меняли частоту по мере развития всплеска: более поздние компоненты появлялись на всё более низких частотах. Астрономы измерили это нисходящее движение примерно в 8,5 мегагерца за миллисекунду, создав характерный нисходящий узор в записях телескопа.

Радиоастрономы встречали подобное поведение в других повторяющихся быстрых радиовсплесках, иногда описывая нисходящий узор как «грустный тромбон». Название относится к тому, как меняющиеся радиочастоты выглядят на графике против времени, а не к слышимому звуку, путешествующему через космос. У FRB 20240209A узор особенно чёткий, потому что самый яркий всплеск содержит несколько индивидуально опознаваемых компонентов. Разные физические механизмы могли бы производить такое поведение, включая изменения излучения в экстремальном звёздном магнитном поле или ударные волны, проходящие через окружающий материал.

Исследователи также изучили нечто потенциально более интригующее: разделены ли восемь компонентов скрытым временным узором. Их анализ выявил возможный интервал примерно в 0,42 миллисекунды, что эквивалентно 420 микросекундам. Это меньше половины тысячной доли секунды — слишком быстро, чтобы человеческий мозг мог различить отдельные события. Видимое расстояние сразу подняло вопросы о том, может ли какой-то физический процесс внутри источника повторяться с постоянной скоростью. Стабильный интервал в 0,42 миллисекунды соответствовал бы частоте примерно 2400 циклов в секунду. Однако исследователи обнаружили, что только восемь из 31 возможной позиции в предложенной временной последовательности действительно содержали обнаруженные компоненты. Их статистические тесты дали узору значимость 2,48 сигма, что означает: случайное совпадение остаётся правдоподобным объяснением. Наблюдения, таким образом, предполагают возможный ритм, но не устанавливают, что источник содержит регулярно работающие космические часы.

Есть и дополнительное осложнение. Если бы расстояние было напрямую связано с вращением нейтронной звезды, подразумеваемая скорость вращения была бы быстрее, чем большинство моделей позволяет таким объектам выживать. Нейтронные звёзды — чрезвычайно плотные остатки сколлапсировавших массивных звёзд, с массой больше Солнца, сжатой в сферу всего в несколько десятков километров в поперечнике. Некоторые вращаются сотни раз в секунду, но скорость, приближающаяся к 2400 оборотов в секунду, вышла бы далеко за пределы, ожидаемые для обычных нейтронных звёзд. Кратковременные изменения в радиоизлучающей области могли бы производить быстрые импульсы, не требуя вращения всей звезды с такой скоростью.

Необычная синхронизация — лишь часть загадки. Галактика, связанная с этими сигналами, радикально отличается от сред, в которых астрономы традиционно ожидали возникновения многих быстрых радиовсплесков. Более ранние наблюдения с помощью обсерватории Кек и телескопа Gemini North выявили массивную эллиптическую галактику с чрезвычайно старым населением звёзд. Её масса-взвешенный звёздный возраст — примерно 11 миллиардов лет, а текущая скорость звездообразования исключительно низка.

Такие галактики часто называют «мёртвыми», хотя термин не означает, что их звёзды исчезли или что внутри них не может происходить никакой активности. Он описывает галактики, которые в основном исчерпали или потеряли условия, необходимые для создания новых звёзд. Их звёздное население состоит из гораздо более старых объектов, а зрелищные области активного звездообразования, видимые в молодых галактиках, в основном отсутствуют.

Это представляет серьёзную проблему для одного из ведущих объяснений быстрых радиовсплесков. Многие из этих таинственных вспышек, как считается, происходят от магнетаров — нейтронных звёзд с магнитными полями в триллионы раз сильнее земного. Магнетары могут развиваться, когда массивные звёзды достигают конца своей жизни и коллапсируют в мощных взрывах сверхновых. Поскольку массивные звёзды имеют сравнительно короткие сроки жизни, этот путь формирования естественно связывает молодые магнетары с галактиками, которые всё ещё производят новые звёзды.

FRB 20240209A не вписывается в эту картину. Окружающая галактика имеет очень старое звёздное население, и предыдущие наблюдения нашли мало свидетельств молодых массивных звёзд, обычно связанных с таким типом звёздного коллапса. Его расположение делает загадку ещё страннее.

Когда источник был впервые обнаружен канадским экспериментом по картированию интенсивности водорода CHIME в феврале 2024 года, астрономы знали, что он производит повторяющиеся вспышки радиоэнергии. К июлю того же года телескоп записал 22 всплеска от источника. Последующие измерения помогли определить его положение с исключительной точностью, показав, что радиоизлучение исходит не из яркой центральной области связанной галактики.

Вместо этого источник расположен примерно в 130 000 световых лет от центра галактики, глубоко в её внешних окрестностях. Это расстояние больше приблизительного диаметра основного звёздного диска Млечного Пути. Открытие поместило FRB 20240209A дальше от центра связанной галактики, чем любой ранее локализованный быстрый радиовсплеск на тот момент.

Одно из объяснений, которое исследуется, — источник находится внутри шарового скопления, плотного собрания древних звёзд, удерживаемых гравитацией. Такие скопления могут выживать миллиарды лет и содержать остатки звёзд, умерших давно. Их переполненные среды также создают возможности для звёздных взаимодействий и столкновений, которые могут производить необычные компактные объекты. Исследователи рассматривали, могут ли две нейтронные звезды слиться, может ли белый карлик коллапсировать после получения дополнительной массы или может ли взаимодействующая двойная система каким-то образом генерировать повторяющееся радиоизлучение. Эти возможности предлагают способы создать энергичный источник спустя долгое время после того, как основной период звездообразования галактики закончился. Однако шаровое скопление ещё не подтверждено в точном положении FRB 20240209A, оставляя непосредственное окружение источника неопределённым.

Есть важный прецедент. В 2022 году астрономы сообщили о повторяющемся быстром радиовсплеске, связанном с шаровым скоплением в соседней галактике Мессье 81, примерно в 12 миллионах световых лет от Земли. Это открытие продемонстрировало, что по крайней мере некоторые повторяющиеся радиовсплески могут происходить в древних звёздных скоплениях. Гораздо более далёкий FRB 20240209A теперь даёт дополнительные свидетельства того, что ответственные механизмы могут не ограничиваться молодыми звёздами.

Последние наблюдения Грин-Бэнк добавили новый способ изучения источника. Вместо простого измерения яркости и синхронизации всплесков исследователи изучили их поляризацию, которая описывает ориентацию электромагнитных волн, несущих радиоизлучение. Когда радиоволны проходят через электрически заряженный газ, пронизанный магнитными полями, их поляризация может меняться измеримым образом. Астрономы могут использовать эти изменения для исследования материала, слишком далёкого, чтобы наблюдать его напрямую.

Три всплеска показали в целом согласованные измерения свойства, известного как мера вращения, которое фиксирует, как намагниченная плазма скручивает направление поляризации радиоволн. После учёта вкладов от Млечного Пути и промежуточного пространства исследователи вывели сравнительно низкую меру вращения, связанную с далёкой галактикой-хозяином. Это согласовывалось с более ранними предсказаниями, что источник может не быть окружён исключительно плотной областью ионизированного газа.

Однако самый яркий всплеск выявил нечто более сложное. Его линейная поляризация заметно менялась по наблюдаемым радиочастотам. На частоте примерно 745 мегагерц измеренная линейная поляризация составляла около 54 процентов. На частоте 895 мегагерц она выросла более чем до 78 процентов. Различия сохранялись, когда исследователи изучали совпадающие временные интервалы внутри одного всплеска, что давало свидетельство: изменение не было просто вызвано сравнением несвязанных вспышек.

Команда обнаружила, что это поведение согласуется с прохождением радиоволн через неоднородную намагниченную среду. Разные пути через электрически заряженный материал могут изменять поляризацию волн на разные величины, уменьшая комбинированную поляризацию, измеренную телескопом. Наблюдения предполагают: хотя связанная галактика состоит в основном из древних звёзд, источник или промежуточный материал может всё ещё содержать значительную магнитную структуру.

Это открытие становится более разительным при сравнении со всплесками из галактик, где активно формируются новые звёзды. Исследователи изучили выборку из 22 источников быстрых радиовсплесков с идентифицированными галактиками-хозяевами и обнаружили, что FRB 20240209A принадлежал галактике с самой низкой измеренной удельной скоростью звездообразования в их сравнении. Однако его предполагаемые поляризационные флуктуации были сравнимы с измеренными от нескольких источников в гораздо более молодых, активно звездообразующих галактиках.

Результат поднимает возможность, что похожие магнитные условия могут развиваться вокруг источников радиовсплесков с очень разной историей. Быстро сформированный магнетар в молодой галактике и компактный объект, произведённый через взаимодействия среди древних звёздных остатков, могут генерировать радиоизлучение с общими наблюдаемыми характеристиками, хотя процессы, создавшие эти объекты, совершенно различны.

Точный двигатель, производящий FRB 20240209A, остаётся неопознанным. Восьмичастный всплеск не был показан содержащим преднамеренное сообщение или установленный повторяющийся код. Что новое исследование продемонстрировало, так это то, что излучение обладает детальной внутренней структурой, измеримым нисходящим частотным дрейфом и частотно-зависимой поляризацией — всё исходящее от источника, связанного с одной из самых старых и наименее активно звездообразующих галактик-хозяев, идентифицированных для этого класса космических событий.

Дальнейшие наблюдения могли бы определить, появится ли возможное расстояние в 0,42 миллисекунды снова в других всплесках. Обнаружение того же временного узора повторно дало бы гораздо более сильное свидетельство, что физический механизм его генерирует. Исследователи также хотят более чувствительной радиовизуализации, чтобы искать слабое, постоянное излучение вблизи источника, которое могло бы показать, окружает ли объект устойчивое облако энергичных частиц.

Пока что источник, расположенный примерно в 130 000 световых лет за центром древней галактики, продолжает бросать вызов попыткам объяснить быстрые радиовсплески только через смерть молодых массивных звёзд. Новые опубликованные измерения дают астрономам восемь отдельных компонентов для исследования, возможный субмиллисекундный временной узор для проверки и новые свидетельства намагниченного материала, связанного с одним из самых необычных повторяющихся радиоисточников, когда-либо идентифицированных.

Вопрос, который остаётся: если быстрые радиовсплески могут происходить в мёртвой галактике, где нет молодых звёзд, то что именно их производит — и не окажется ли, что мы до сих пор искали не там, где нужно?