Быстрые всплески радиоизлучения, длящиеся лишь малую долю секунды и способные затемнять целые галактики, привлекают внимание астрономов с момента их первого обнаружения в 2007 году. Наиболее вероятным виновником этих явлений считается звезда с уникальными характеристиками – магнетар. Недавнее наблюдение подобного мощного события в космосе позволило прояснить механизм его возникновения.
Быстрые радиовсплески во многом напоминают или развивают события, которые уже знакомы астрономии, начиная с 1960-х годов. В то время впервые зафиксировали «пульсирующий» радиосигнал из космоса, что породило предположения о скорой встрече с внеземной цивилизацией.
Нейтронная звезда, также известная как пульсар, проявляет подобное «мерцание» — это сжатое до размеров нескольких десятков километров ядро массивной звезды, которая исчерпала запасы термоядерного топлива и завершила свое существование взрывом сверхновой.
Причина «пульсации» ее ядра заключается в том, что оно начинает быстро вращаться вокруг своей оси, непрерывно испуская электромагнитное излучение из полюсов. Ось вращения испытывает значительные колебания, из-за чего полюса, излучающие энергию, попеременно появляются и скрываются.
Быстрые радиовсплески, недавно открытые наукой, значительно превосходят по мощности обычное излучение пульсаров. Это кратковременные выбросы энергии, эквивалентные тому, что Солнцу требуется несколько дней для генерации. При этом, наиболее вероятными источниками этих всплесков, по мнению ученых, являются пульсары, однако обладающие специфическим признаком: речь идет о нейтронных звездах с чрезвычайно мощным магнитным полем, которые получили название магнетары. Существует гипотеза, согласно которой, каждый пульсар в момент своего рождения представляет собой магнетар, а со временем его магнитное поле ослабевает.
Если эти утверждения соответствуют действительности, необходимо выяснить механизм, посредством которого магнетар генерирует столь мощный радиоимпульс. Существует два рассматриваемых объяснения. Согласно первому, это следствие ударной волны, возникающей при столкновении потоков плазмы, испускаемых звездой, с рассеянным в межзвездном пространстве веществом. Альтернативная гипотеза предполагает, что радиоизлучение возникает непосредственно в магнитосфере «звезды-зомби» или вблизи ее границ, вызванная интенсивной и непредсказуемой турбулентностью.
Астрофизики из Массачусетского технологического института (США) и их международные коллеги недавно провели исследование, чтобы определить, какая из двух гипотез является более вероятной. Они утверждают, что это можно установить, измерив расстояние между местом возникновения радиовсплеска и звездой. Если вспышка произошла на расстоянии десятков миллионов километров от магнетара, то, скорее всего, причиной послужила ударная волна. Если же она произошла непосредственно рядом с ним, то это указывает на событие, зародившееся в магнитосфере звезды.
В ходе самостоятельного изучения ученые рассмотрели случай быстрого радиовсплеска FRB 20221022A — явления, напоминающего «космический фейерверк», зафиксированного в 2022 году. Оно произошло возле предположительно обладающего сильным магнитным полем пульсара на расстоянии 200 миллионов световых лет от Земли. О результатах работы авторы рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature (доступна на сервере препринтов Корнеллского университета).
По словам астрофизиков, определить размер и, что наиболее важно, расстояние до источника вспышки от звезды, ее вызвавшей, удалось благодаря анализу того, как свет вспышки проходит через межзвездный газ. Подобно тому, как свет звезд мерцает, проходя через атмосферу Земли, мерцает и свет удаленного объекта, поскольку и он сталкивается с веществом на своем пути.
Анализ характеристик мерцания позволил установить, что область радиовсплеска не превышает 30 тысяч километров в размерах и расположена на расстоянии всего в сотни тысяч километров от магнетара. Для сравнения: среднее расстояние между Меркурием и Солнцем составляет 58 миллионов километров, а видимая во время затмения часть солнечной короны поднимается над поверхностью звезды на миллионы километров. Таким образом, расстояние в сотни тысяч километров указывает на крайне близкое расположение к звезде. На основании этого ученые пришли к заключению, что в данном случае наблюдается турбулентность в мощнейшем магнитном поле нейтронной звезды.
Быстрые радиовсплески, вероятно, еще продолжительное время останутся загадочным явлением, в частности, из-за того, что многие из них повторяются, причем некоторые – регулярно, с заданными интервалами. На данный момент зафиксировано уже несколько тысяч быстрых радиовсплесков, и ученые считают, что это лишь прелюдия: усовершенствованные инструменты наблюдения позволят регистрировать эти вспышки все более интенсивно.