Астрономы засекли радио «сердцебиение» в миллиардах световых лет от Земли

Сигнал классифицируется как быстрый радиовсплеск или FRB — очень сильный всплеск радиоволн неизвестного астрофизического происхождения, который обычно длится не более нескольких миллисекунд. Но этот новый сигнал сохраняется до 3 секунд, что примерно в 1000 раз дольше, чем средний FRB. В этом окне команда обнаружила всплески радиоволн, которые повторяются каждые 0,2 секунды в виде четкой периодической картины, похожей на бьющееся сердце.

Исследователи обозначили сигнал FRB 20191221A, и сейчас это самый продолжительный FRB с самой четкой периодической структурой, обнаруженной на сегодняшний день.

Источник сигнала находится в далекой галактике, в нескольких миллиардах световых лет от Земли. Что именно это может быть за источник, остается загадкой, хотя астрономы подозревают, что сигнал может исходить либо от радиопульсара, либо от магнетара - типов нейтронных звезд, чрезвычайно плотных, быстро вращающихся коллапсирующих ядер гигантских звезд.

«Во Вселенной не так много вещей, которые излучают строго периодические сигналы», — говорит Даниэле Мичилли из Института астрофизики и космических исследований имени Кавли при Массачусетском технологическом институте. «Примерами, которые мы знаем в нашей галактике, являются радиопульсары и магнетары, которые вращаются и производят лучевое излучение, как маяки. Мы думаем, что новый сигнал может быть магнитаром или пульсаром на стероидах».

Команда надеется обнаружить больше периодических сигналов от этого источника, которые затем можно будет использовать в качестве астрофизических часов. Например, частоту всплесков и то, как они меняются по мере удаления источника от Земли, можно использовать для измерения скорости, с которой расширяется Вселенная.

С тех пор, как в 2007 году был обнаружен первый FRB, по всей Вселенной были обнаружены сотни подобных радиовспышек, последняя из которых была проведена Канадским экспериментом по картографированию интенсивности водорода, или CHIME - интерферометрическим радиотелескопом, состоящим из четырех больших параболических рефлекторов, который расположен в радиоастрофизической обсерватории Доминион в Британской Колумбии, Канада.

CHIME постоянно наблюдает за небом по мере вращения Земли и предназначен для улавливания радиоволн, излучаемых водородом на самых ранних стадиях развития Вселенной. Телескоп также чувствителен к быстрым радиовсплескам, и с тех пор, как начал наблюдать за небом в 2018 году, CHIME обнаружил сотни FRB, исходящих из разных частей неба.

Подавляющее большинство FRB, наблюдаемых на сегодняшний день, являются одноразовыми — ультраяркими всплесками радиоволн, которые длятся несколько миллисекунд, прежде чем исчезнуть. Недавно исследователи обнаружили первый периодический FRB, который излучал регулярные радиоволны. Этот сигнал состоял из четырехдневного окна случайных всплесков, которые затем повторялись каждые 16 дней. Этот 16-дневный цикл указывал на периодический характер активности, хотя сигнал реальных радиовсплесков был скорее случайным, чем периодическим.

21 декабря 2019 года CHIME уловил сигнал потенциального FRB, что сразу же привлекло внимание Мичилли, сканировавшего поступающие данные.

«Это было необычно, — вспоминает он. «Он был не только очень долгим, около трех секунд, но и имел периодические пики, которые были удивительно точными, излучая каждую долю секунды — бум, бум, бум — как сердцебиение. Впервые сам сигнал является периодическим».

Анализируя характер радиовсплесков FRB 20191221A, Мичилли с коллегами обнаружили сходство с излучениями радиопульсаров и магнетаров в нашей галактике. Радиопульсары - это нейтронные звезды, которые излучают лучи радиоволн, которые пульсируют при вращении звезды, в то время как подобное излучение производят магнетары из-за их экстремальных магнитных полей.

Основное различие между новым сигналом и радиоизлучением наших галактических пульсаров и магнитаров заключается в том, что FRB 20191221A кажется более чем в миллион раз ярче. Светящиеся вспышки могут исходить от отдаленного радиопульсара или магнитара, который обычно менее яркий при вращении и по какой-то неизвестной причине выбрасывает серию ярких вспышек в редкое трехсекундное окно, которое CHIME удалось поймать.

«CHIME обнаружил множество FRB с различными свойствами», — говорит Мичилли. «Мы видели, что некоторые из них живут внутри очень турбулентных облаков, в то время как другие выглядят так, будто находятся в чистой среде. Судя по свойствам нового сигнала, мы можем сказать, что вокруг этого источника есть облако бурной плазмы».

Астрономы надеются поймать дополнительные всплески периодического FRB 20191221A, что может помочь уточнить понимание его источника и нейтронных звезд в целом.

«Это обнаружение поднимает вопрос о том, что могло вызвать такой экстремальный сигнал, которого мы никогда раньше не видели, и как мы можем использовать этот сигнал для изучения Вселенной», — говорит Мичилли. «Телескопы будущего обещают обнаруживать тысячи FRB в месяц, и в этот момент мы можем обнаружить гораздо больше таких периодических сигналов».