Ученые из Северо-Западного университета и Университета Макгилла заявили, что загадка быстрого радиовсплеска (FRB), давно мучавшая астрономов, сложнее, чем думалось раньше. Ученые обнаружили FRB, исходящие из неожиданного источника: древней мертвой галактики.
После обнаружения первого FRB астрономами в 2007 году сформировалось мнение, что всплески происходят от магнетаров, возникших при коллапсе ядер сверхновых в молодых галактиках.
Исследователи пересматривают свои гипотезы, так как недавно найденный сигнал FRB отклоняется от ожидаемого поведения, что подтверждается двумя новыми исследованиями.
Новый FRB, старый космос
«Новый источник быстрого радиопульса демонстрирует, что Вселенная способна удивлять, даже когда считаем, будто всё уже знаем в астрофизике. — утверждает главный автор одного из трудов Вэнь-Фай Фонг. Этот диалог с Вселенной делает нашу область астрономии, изучающую время, невероятно увлекательной. ».
В феврале 2024 года астрономы обнаружили FRB 20240209AA с помощью канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода (CHIME). Вспышка за миллисекунды выделила больше энергии, чем наше Солнце за год. С февраля по июль произошло 22 подобных события, шесть из которых были подтверждены телескопом рядом с CHIME. На CHIME установлены спутники-аутригеры для более точного определения места возникновения FRB в небе.
Углубление поиска
Имея эти координаты, команда Северo-Западного университета углубила исследования, подключив к ним другие передовые платформы для поиска первоисточников FRB.
«Северо-Западный университет имеет специализированный институциональный доступ к обсерваториям В. М. Кека, предоставляющий возможность пользования телескопами. Благодаря тому, что Кек является одной из самых чувствительных обсерваторий мира с чрезвычайно универсальным набором инструментов, этот доступ был крайне важен для проведения чувствительных астрономических наблюдений за галактикой в беспрецедентных деталях. », — рассказал Фонг.
Кроме того, Тарранех Эфтехари, главный автор одной работы и соавтор другой, возглавляет программу Large and Long обсерватории Gemini. Это предоставляет ей доступ к сотням часов исследований быстрых радиовсплесков, занимающих несколько лет. Программа только стартовала, поэтому это новое открытие стало прекрасным стартом для неё! » — сказал Фонг.
Изучение старых и больших скоплений быстрого излучения
После анализа данных команда получила несколько шокирующих результатов. Астрономы были поражены, обнаружив в радиусе 2 миллиардов световых лет от Земли эллиптическую галактику возрастом 11,3 миллиарда лет. Такая возрастная группа обычно не ассоциируется с FRB. Затем команда провела компьютерное моделирование и обнаружила, что галактика в 100 миллиардов раз больше массы нашего Солнца и чрезвычайно светлая.
«Открытие того, что эта галактика очень древняя, сильно удивило нас. Возраст её превышает возраст всех известных нам галактик-хозяев FRB. », — говорит Эфтехар. «Проверку наших симуляций при разных сценариях показала устойчивость выводов. ».
«Эта галактика, скорее всего, крупнейшая из известных галактик-хозяев быстро вспыхивающих радиоизлучений. », — добавил Эфтехари. «Её масса относится к наибольшим среди галактик. ».
Странное поведение быстрых радиовсплесков в дальнейшем
Кроме того, расположение FRB также не соответствует ожиданиям: оно возникло в 130 000 световых лет от центра галактики в отдаленной области космоса. Обычно предполагается, что FRB появляются в более центроориентированных точках.
«Из всех известных FRB этот самый удалён от центра своей галактики. — Говорит Вишванги Шах, аспирант из Макгилла, руководивший работой по определению происхождения FRB. Удивительно и одновременно захватывающе, поскольку ожидается, что FRB возникают внутри галактик, часто в областях звездообразования. Расположение этого FRB так далеко за пределами галактики-хозяина вызывает вопросы о том, как такие энергичные события могут происходить в регионах, где не образуются новые звезды. ».
В 2022 году международная команда обнаружила еще один FRB, пришедший с краёв галактики-хозяина. Всплеск произошел на окраине спиральной галактики M81, которая находится примерно в 12 миллионах световых лет от Земли. Несмотря на то, что всплески исходили из разных типов галактик — спиральных и эллиптических — события были удивительно похожи.
«Несколько лет тому назад астрономы обнаружили сигнал от ФРБ в галактике M81 внутри плотного скопления звезд, именуемого шаровым скоплением. », — говорит Фонг. «Данное явление само по себе нарушило обычную логику и вынудило исследователей искать альтернативные объяснения появления FRB. С тех пор подобные сигналы не регистрировались, поэтому долгое время считали это случайным открытием. ».
«Этот FRB от CHIME может быть похожим на событие M81. », — продолжает Фонг. «Старое окружение побуждает пересмотреть привычные представления о возникновении ФРБ и обратить внимание на более необычные пути их образования. ».
Последние обнаруженные ФРБ отклоняются от большей части почти ста известных ФРБ, предполагаемых источниками которых являются магнетары в центрах молодых галактик.
Объяснение аномального быстрого радиовсплеска
Новое исследование показало, что плотное шаровое скопление, где возможно обитают магнетары, сформировалось из древних звёзд особым образом.
«Шаровое скопление скорее всего является источником повторений данного сигнала FRB, потому что он находится за пределами галактики, где ему принадлежит. », — сказал Шах. «Если так, то это станет лишь вторым известным случаем FRB в шаровом скоплении. В противном случае потребуется изучить другие теории происхождения FRB. ».
«В области изучения ФРБ ещё многое предстоит обнаружить. — сказал Эфтехари, — окружение его может стать ключом к разгадке его секретов.
Продолжение поиска
Фонг подчеркнул успешный запуск программы Gemini, отметив что это лишь первый шаг.
«Программа Gemini Large and Long и аутригеры CHIME обеспечат точное определение положения множества FRB в небе, что даст уникальную возможность исследовать многообразие сред, где появляются эти таинственные сигналы. — так заявила Эфтехари, отметив, как она и коллеги воспользуются этой инициативой впредь.
Несмотря на имеющиеся ресурсы, астрономы Северо-Западного университета и Макгилла желают получить доступ к космическому телескопу Джеймса Уэбба.
«Из-за этого события подали заявку на участие в проекте телескопа Джеймса Уэбба с целью исследовать ближайшее окружение FRB и получить больше информации об его точном происхождении. », — говорит Эфтехари.
«Чем больше данных соберем и чем точнее определим местоположение FRB в их галактиках-хозяевах, тем интереснее станет наблюдать за потенциальными закономерностями. Эфтехари подытожил, что много вопросов остается открытыми.
«Будет ли установлено, что сигналы FRB повторяются преимущественно в галактиках определённого вида? Существует ли связь между сигналами FRB и типами галактик, в которых проявляются эти сигналы? »