Астрономы обнаруживают регулярный ритм радиоволн, происхождение которых неизвестно

Новый тест темной энергии и расширения от космических структур

Группа астрономов, включая исследователей из Массачусетского технологического института, обнаружила любопытный, повторяющийся ритм быстрых радиовсплесков, исходящих из неизвестного источника за пределами нашей галактики, на расстоянии 500 миллионов световых лет от нас.

Быстрые радиовсплески, или FRB, представляют собой короткие интенсивные вспышки радиоволн, которые, как полагают, являются продуктом маленьких, отдаленных, чрезвычайно плотных объектов, хотя чем именно эти объекты могут быть, так это давней загадкой в ​​астрофизике. FRB обычно длятся несколько миллисекунд, в течение которых они могут затмить целые галактики.

С момента появления первого FRB в 2007 году астрономы зарегистрировали более 100 быстрых радиовсплесков из отдаленных источников, разбросанных по всей вселенной, за пределами нашей галактики. По большей части эти обнаружения были одноразовыми, кратковременно мигая, а затем полностью исчезли. В нескольких случаях астрономы наблюдали быстрые радиовспышки несколько раз из одного и того же источника, но без видимой картины.

Этот новый источник FRB, который команда занесла в каталог как FRB 180916.J0158 + 65, является первым, производящим периодическую или циклическую схему быстрых радиовсплесков. Схема начинается с шумного четырехдневного окна, в течение которого источник излучает случайные всплески радиоволн, после чего следует 12-дневный период радиомолчания.

Астрономы заметили, что эта 16-дневная схема быстрых радиовсплесков повторялась последовательно в течение 500 дней наблюдений. «Этот FRB, о котором мы сейчас сообщаем, похож на часы», – говорит Киёси Масуи, доцент физики в Институте астрофизики и космических исследований им. М.В. Кавли при Массачусетском технологическом институте. «Это наиболее определенная модель, которую мы видели из одного из этих источников. И это большая подсказка, которую мы можем использовать, чтобы начать выискивать физику того, что вызывает эти яркие вспышки, которые никто на самом деле не понимает».

Масуи является участником сотрудничества CHIME / FRB, группы из более чем 50 ученых во главе с Университетом Британской Колумбии, Университетом Макгилла, Университетом Торонто и Национальным исследовательским советом Канады, который обрабатывает и анализирует данные из Канады. Hydrogen Intensity Mapping Experiment, или CHIME, радиотелескоп в Британской Колумбии, который первым обнаружил сигналы нового периодического источника FRB.

Сотрудничество CHIME / FRB опубликовало подробности нового наблюдения сегодня в журнале Nature.

Радио вид

В 2017 году CHIME был установлен в Радиоастрофизической обсерватории Доминион в Британской Колумбии, где он быстро начал обнаруживать быстрые радиовсплески из галактик по всей вселенной, за миллиарды световых лет от Земли.

CHIME состоит из четырех больших антенн, каждая по размеру и форме сноубордической трубы, и не имеет движущихся частей. Вместо того, чтобы поворачиваться, чтобы сфокусироваться на разных частях неба, CHIME пристально смотрит на все небо, используя цифровую обработку сигналов, чтобы точно определить область пространства, откуда исходят входящие радиоволны.

С сентября 2018 года по февраль 2020 года компания CHIME выбрала 38 быстрых радиовсплесков из одного источника, FRB 180916.J0158 + 65, которые астрономы проследили в область звездообразования на окраине массивной спиральной галактики, в 500 миллионов световых лет от Земля. Источник – самый активный источник FRB, который CHIME еще не обнаружил, и до недавнего времени это был самый близкий источник FRB к Земле.

Когда исследователи нанесли на график каждый из 38 всплесков с течением времени, начала проявляться закономерность: один или два всплеска происходили в течение четырех дней, после чего следовал бы 12-дневный период без всплесков, после чего рисунок повторялся. Этот 16-дневный цикл повторялся снова и снова в течение 500 дней, в течение которых они наблюдали источник.

«Эти периодические всплески – это то, чего мы никогда раньше не видели, и это новое явление в астрофизике», – говорит Масуи.

Круговые сценарии

Какое явление стоит за этим новым внегалактическим ритмом, неизвестно, хотя команда исследует некоторые идеи в своей новой статье. Одна возможность состоит в том, что периодические всплески могут исходить от одного компактного объекта, такого как нейтронная звезда, которая вращается и колеблется – астрофизическое явление, известное как прецессия. Предполагая, что радиоволны исходят из фиксированного местоположения на объекте, если объект вращается вдоль оси и эта ось направлена ​​только в направлении Земли каждые четыре из 16 дней, то мы будем наблюдать радиоволны как периодические всплесков.

Другая возможность включает двойную систему, такую ​​как нейтронная звезда, вращающаяся вокруг другой нейтронной звезды или черной дыры. Если первая нейтронная звезда испускает радиоволны и находится на эксцентричной орбите, которая ненадолго приближает ее ко второму объекту, приливы между этими двумя объектами могут быть достаточно сильными, чтобы первая нейтронная звезда деформировалась и кратковременно взорвалась, прежде чем она отклонилась , Эта картина повторяется, когда нейтронная звезда поворачивается назад по своей орбите.

Исследователи рассмотрели третий сценарий, включающий радиоизлучающий источник, который вращается вокруг центральной звезды. Если звезда испускает ветер или облако газа, то каждый раз, когда источник проходит через облако, газ из облака может периодически увеличивать радиоизлучение источника.

«Возможно, источник всегда испускает эти всплески, но мы видим их только тогда, когда они проходят через эти облака, потому что облака действуют как линза», – говорит Масуи.

Возможно, самая захватывающая возможность заключается в том, что этот новый FRB, и даже те, которые не являются периодическими или даже повторяющимися, могут происходить от магнитаров – типа нейтронной звезды, которая, как считается, обладает чрезвычайно мощным магнитным полем. Особенности магнитаров до сих пор немного загадочны, но астрономы заметили, что они время от времени выпускают огромное количество радиации через электромагнитный спектр, включая энергию в радиодиапазоне.

«Люди работали над тем, как заставить эти магниты излучать быстрые радиовсплески, и с тех пор эта периодичность, которую мы наблюдали, с тех пор была включена в эти модели, чтобы выяснить, как все это сочетается», – говорит Масуи.

Совсем недавно та же группа сделала новое наблюдение, которое поддерживает идею о том, что магнитары могут быть жизнеспособным источником быстрых радиовсплесков. В конце апреля CHIME подобрал сигнал, похожий на быстрый радиосигнал, исходящий от пылающего магнетара, находящегося в 30 000 световых лет от Земли. Если сигнал подтвердится, это будет первый FRB, обнаруженный в нашей собственной галактике, а также самое убедительное доказательство того, что магнитары являются источником этих таинственных космических искр.


Источник истории:

Материалы предоставлены Массачусетским технологическим институтом . Оригинал написан Дженнифер Чу. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.


Ссылка на журнал :

  1. Амири М., Андерсен Б., Бандура К. и др. Периодическая активность от источника быстрого радиовсплеска . Природа , 2020 DOI: 10.1038 / s41586-020-2398-2