«Что-то на небе бахает, а мы не видим где»

Астрономы приблизились к пониманию загадочных коротких радиовсплесков

Павел Котляр 03.12.2015, 16:24
Jingchuan Yu, пекинский планетарий

Где рождаются загадочные короткие радиовсплески, впервые пойманные в 2007 году, и правы ли оказались российские астрономы, впервые предсказавшие их, разбиралась «Газета.Ru».

Ученые любят всякого рода загадки. Астрономы обожают их искать. А журналисты обожают, когда объяснить какой-то феномен не могут именно астрономы — ведь их объекты исследований находятся на других планетах, звездах и в других галактиках, и есть большой соблазн приписать необъяснимое явление действиям внеземных разумных сил. Так и происходит с крайне интересным явлением, которое занимает умы астрофизиков последние восемь лет, — так называемыми быстрыми радиовсплесками (Fast Radio Bursts — FRB), которым посвящена статья в последнем выпуске журнала Nature.

Несмотря на то что радионаблюдениями астрономы занимаются с середины XX века, первый такой сигнал был обнаружен совсем недавно, в 2007 году. Это стало возможным, когда астрономы научились идентифицировать отдельные короткие всплески длиной порядка одной миллисекунды, а сделать это было непросто, поскольку в радиодиапазоне в космосе постоянно что-то шумит.

Первый всплеск, зафиксированный в 2007 году, был не похож ни на какие прежние сигналы, он пришел не из плоскости галактики, а с направления на Магелланово облако. В том же году сотрудники Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ Сергей Попов и Константин Постнов опубликовали статью, в которой предложили свое объяснение загадочному всплеску.

Они предложили механизм, показывающий, как подобные всплески могут рождаться на магнитарах — замагниченных нейтронных звездах, первый из которых был открыт советским астрофизиком Евгением Мазецем c соавторами.

«Ситуация была похожа на гамма-всплески, открытые в 1960-е годы: что-то на небе бахает, а мы не видим, где это случилось», — рассказал «Газете.Ru» д.ф.-м.н Сергей Попов.

После первого всплеска наступила тишина, и второй всплеск был пойман лишь в 2012 году в плоскости галактики, в 2013 году были представлены свидетельства еще четырех всплесков.

В эти же годы астрономы стали отмечать особые всплески-«перитоны», про которые было понятно, что они имеют околоземное происхождение, и лишь в 2015 году было доказано,

что их причиной были микроволновки, работающие рядом с австралийским телескопом Паркса.

Тогда-то стало понятно, что истинные FRB рождаются в далеком космосе. В 2014 году две австралийские исследовательницы, разгадавшие секрет перитонов, зафиксировали первый FRB во время реальных наблюдений — ранее все пойманные всплески были обнаружены не во время наблюдений, а в архивных данных.

Это впервые позволило навести на нужную область неба другие телескопы, оптические и рентгеновские, однако астрономы ничего не увидели.

«Помню, что шутки про гамма-всплески сводились к тому, что число объясняющих их гипотез превышало число самих всплесков. Сегодня с радиовсплесками ситуация такая же», — вспоминает Попов, насчитавший порядка 20 различных моделей, описывающих возникновение всплесков.

Среди них есть космические струны, слияние нейтронных звезд или белых карликов, коллапс нейтронной звезды в черную дыру, падение астероидов на нейтронную звезду и другие.

Интерес к проблеме FRB высок, еженедельно ученые публикуют одну-две статьи на эту тему.

В конце ноября 2015 года группа австралийских ученых опубликовала статью о новых архивных всплесках, среди которых впервые был получен двойной FRB.

«Двойной всплеск явно закрывает некоторые модели, которые предсказывают одинарный всплеск, а два — с трудом», — считает ученый. Отсутствие отклика радиовсплесков в других диапазонах волн также вполне соответствует модели, предложенной российскими учеными еще в 2007 году. «Это ровно то, что мы и предсказывали, не все модели предсказывают, что в других диапазонах будет пусто», — пояснил Попов, постоянный автор «Газеты.Ru», собирающийся подробно рассказать об истории открытия FRB на своей публичной лекции 6 декабря.

В статье, опубликованной в последнем номере Nature, ученые под руководством Киоши Масуи из Университета Британской Колумбии (Канада) пришли к выводу, что, каким бы ни был источник загадочных всплесков, вокруг него должно быть много вещества, через которые и проходят эти сигналы.

На это указывает так называемое Фарадеевское вращение полученного сигнала от отдельного всплеска FRB 110523 — давно знакомый физикам эффект, говорящий о том, что волны прошли через намагниченную среду. «Это существенно сужает ограничения на условия вокруг источника и тип события, которое приводит к всплеску и означает, что источник импульса, скорее всего, лежит внутри области звездообразования или остатков сверхновой», — считает Масуи. По его мнению, магнитарная гипотеза, впервые предложенная российскими учеными (на которую, правда, авторы не ссылаются), более предпочтительна, чем те, что связаны со слиянием нейтронных звезд, и другие, поскольку такие слияния происходят в областях с меньшей плотностью вещества в галактиках.

«Источник лежит в каком-то остатке сверхновой или находится в области звездообразования, где много газа. И то и другое шикарно подходит к версии магнитаров. Потому что магнитары имеют возраст в несколько десятков тысяч лет, и мы видим их в областях, где активно идет звездообразование», — соглашается Попов.

Детальный механизм вспышки магнитара придумал израильский коллега российских астрономов Юрий Любарский.

По его предположению, такой магнитар должен быть окружен туманностью. Тогда магнитный импульс от вспышки на магнитаре попадает на туманность и уже там при помощи лазерного механизма продуцируется радиоизлучение.

Оценки показывают, что подобные вспышки на магнитаре могут происходить один раз в несколько сотен лет, что вполне согласуется с наблюдаемой статистикой. «Статистические данные о количестве этих всплесков на небе, которые дают наблюдатели, дают столько же, сколько дают предсказания. И даже если они дают такой всплеск один раз в жизни, это соответствует статистике. Фактически мы видим синхротронный мазер, это – уникальная вещь, которую нельзя сделать в вакууме, а только в плазме», — пояснил профессор Физического факультета МГУ д.ф.-м.н, Константин Постнов.