Insight-HXMT рассказывает о происхождении быстрых радиовсплесков

Insight-HXMT первым идентифицирует структуру двойных пиков рентгеновского всплеска как высокоэнергетический аналог FRB 200428. Это открытие вместе с результатами других телескопов доказывает, что FRB могут возникать из-за всплесков магнитара, тем самым решая давнюю загадку о происхождении FRB.

Эти результаты Insight-HXMT также помогают объяснить механизм излучения FRB, а также триггерный механизм всплесков магнетара.

Эта работа была проведена учеными из Института физики высоких энергий (IHEP) Китайской академии наук, Пекинского педагогического университета, Университета Невады в Лас-Вегасе, Университета Цинхуа и других учреждений.

FRB, впервые обнаруженные в 2007 году, являются большой загадкой ??астрономии. Они выделяют огромное количество энергии всего за несколько миллисекунд. Около сотни таких событий было обнаружено в разных регионах Вселенной. Более того, повторяющиеся FRB были обнаружены с одного и того же направления.

Учитывая узкое поле зрения радиотелескопов, частота возникновения FRB очень высока: каждый день тысячи таких всплесков достигают Земли. Но до этого открытия Insight-HXMT и несколькими другими космическими рентгеновскими приборами излучение FRB на любой другой длине волны никогда не было обнаружено, и все FRB с довольно хорошей локализацией были от далеких внегалактических источников, природа которых пока неизвестна. Происхождение и механизмы таких загадочных явлений - один из самых больших вопросов в астрономии.

Ученые предложили множество моделей для объяснения физического происхождения FRB, таких как слияние двух компактных объектов, коллапс звезды, вспышки магнитара, столкновение нейтронной звезды и астероида или даже сигналы от инопланетян. В последние годы большое количество наблюдений выявило больше свойств FRB, что усилило споры об их происхождении.

Чтобы понять природу FRB, нужно ответить на два вопроса: что является источником FRB и как выглядят FRB в других диапазонах волн?

28 апреля 2020 года в 14:34 по Гринвичу канадский эксперимент CHIME и эксперимент STARE2 в США независимо друг от друга обнаружили очень яркий FRB, получивший название FRB 200428. Он пришел примерно с того же направления, что и галактический магнитар SGR J1935 + 2154. Основываясь на измерении дисперсии FRB, источник этого FRB находился на расстоянии около 30 000 световых лет, что приблизительно совпадает с расстоянием до SGR J1935 + 2154.

Магнитары - это группа нейтронных звезд с экстремальными поверхностными магнитными полями, которые примерно в 100 триллионов раз сильнее магнитного поля Земли. В активном состоянии магнитар может излучать короткие рентгеновские вспышки. Поэтому теоретики предполагают, что магнитары также могут излучать FRB. В середине апреля 2020 года SGR J1935 + 2154 вступил в новый активный период, и были выпущены сотни рентгеновских всплесков.

В ответ на эту возможность Insight-HXMT изменил свой план и начал очень долгое наблюдение за SGR J1935 + 2154. Примерно за 8,6 секунды до FRB 200428 программа Insight-HXMT обнаружила очень яркую рентгеновскую вспышку от SGR J1935 + 2154. Этот рентгеновский всплеск был также зарегистрирован европейским спутником INTEGRAL, российским детектором Konus-Wind и итальянским спутником AGILE.

Разница во времени согласуется с задержкой радиосигнала из-за межзвездной среды. Это указывает на то, что рентгеновское и радиоизлучение происходит от одного взрыва.

Кроме того, Insight-HXMT смогла локализовать эту яркую рентгеновскую вспышку на основе уникальной конструкции своих коллиматоров, тем самым доказав, что и рентгеновская вспышка, и FRB 200428 произошли от магнитара SGR J1935 + 2154. Это не только первый подтвержденный источник FRB, но и первый FRB, происходящий из нашей Галактики.

Открытие FRB 200428 и связанные с ним исследования были признаны природой и наукой одним из 10 лучших открытий 2020 года.

По сравнению с данными наблюдений от других высокоэнергетических спутников данные наблюдений на FRB 200428 от Insight-HXMT являются наиболее статистически богатыми и охватывают самый широкий энергетический диапазон, обеспечивая наиболее подробную временную и спектральную информацию о рентгеновском всплеске.

Insight-HXMT - один из двух спутников, которые независимо локализовали эту рентгеновскую вспышку, показав гораздо большую точность, чем два радиотелескопа, обнаружившие FRB 200428. Insight-HXMT также обнаружил на кривой блеска этой рентгеновской вспышки два рентгеновских пика, очень близко совмещенных во времени с FRB, что позже подтвердили другие спутниковые данные.

Наконец, Insight-HXMT - единственный инструмент, предоставляющий данные для подробного анализа спектральной эволюции этого рентгеновского всплеска. В частности, рентгеновский спектр двух всплесков значительно отличается от спектров других частей всплеска, а также от большинства рентгеновских всплесков от магнитаров. Эти результаты имеют решающее значение для понимания физического механизма FRB.

Таким образом, Insight-HXMT обнаружил, что этот рентгеновский всплеск исходит от магнитара SGR J1935 + 2154, два всплеска являются высокоэнергетическим аналогом FRB 200428, а спектр этого рентгеновского всплеска имеет вид специальный. Эти наблюдения также показывают, что Insight-HXMT очень эффективен как космическая обсерватория.

Insight-HXMT - первая в Китае космическая рентгеновская обсерватория. С момента запуска 15 июня 2017 года Insight-HXMT успешно работает на орбите более 3,5 лет. Им был достигнут ряд важных научных результатов по черным дырам, нейтронным звездам и другим явлениям.