Астрономы обнаружили странный радиосигнал из далекой галактики. Он напоминает биение сердца

Астрономы зарегистрировали радиосигнал из далекой галактики, которая, как оказалось, испускает повторяющиеся импульсы радиоволн с удивительной регулярностью. Сигнал был классифицирован как быстрый радиоимпульс (FRB) — интенсивный импульс радиоволн неизвестного астрофизического происхождения, который обычно длится не более нескольких миллисекунд. Однако недавно обнаруженный сигнал имеет длительность до трех секунд, что примерно в 1000 раз больше, чем у среднего FRB, и повторяется в четкой периодической последовательности, похожей на биение сердца.

Недавно обнаруженные FRB вновь бросают вызов нашему пониманию этих загадочных явлений. Сигналы FRB представляют собой короткие радиоимпульсы, длительностью от долей миллисекунды до нескольких миллисекунд. Они образуются в результате какого-то загадочного высокоэнергетического процесса, который еще не идентифицирован. По оценкам астрономов, типичный FRB за миллисекунду (тысячную долю секунды) высвобождает столько энергии, сколько Солнце излучает за три дня.

Первый FRB был обнаружен в 2007 году Дунканом Лоримером и Дэвидом Наркевичем. С тех пор было обнаружено множество других FRB, приходящих почти со всех сторон неба. В 2020 году был обнаружен первый сигнал, который регулярно повторяется. Он был обозначен как FRB 180916 и повторяется с 16-дневным циклом (подробнее об этом смотрите: «Обнаружен первый регулярно повторяющийся сигнал FRB»). Еще один регулярно повторяющийся сигнал FRB, обозначенный как FRB 121102, также был обнаружен в 2020 году. Он повторяется в течение 90 дней, а затем исчезает на 67 дней (подробнее об этом см. текст: Еще один регулярно повторяющийся сигнал из космоса. ФРБ возвращает каждые 157 дней). В июне этого года было сообщено об открытии 2019 года, в котором китайские астрономы также столкнулись с повторяющимся сигналом, названным FRB 190520. Но данные показали кое-что другое. FRB 190520 также сопровождается более слабым, но непрерывным радиоизлучением между основными вспышками (подробнее об этом см. в статье: Еще один повторяющийся сигнал FRB из далекой галактики. Оно сопровождается слабым, но непрерывным радиоизлучением).

Короткая продолжительность FRBs значительно затрудняет изучение этого явления, но недавно обнаруженный сигнал отличается от него. FRB 20191221A, который был зарегистрирован в 2019 году, является самым продолжительным сигналом такого рода, с наиболее четкой периодической структурой, обнаруженной на сегодняшний день.

Описание открытия появилось в журнале Nature (DOI: 10.1038/s41586-022-04841-8).

Нейтронная звезда на стероидах

Источник сигнала находится в далекой галактике, в нескольких миллиардах световых лет от Земли. Что это может быть за источник, остается загадкой, хотя астрономы подозревают, что сигнал может исходить от пульсара или магнетара. Это чрезвычайно плотные и быстро вращающиеся нейтронные звезды с очень сильными магнитными полями. Они образуются после взрывов сверхновых звезд.

— Во Вселенной не так много вещей, которые могут излучать периодические сигналы, — говорит Даниэле Мичилли из Массачусетского технологического института. — Известные нам примеры в нашей собственной галактике — пульсары и магнетары, которые быстро вращаются и испускают луч электромагнитного излучения, похожий на маяк. Мы полагаем, что этот новый сигнал может исходить от магнетара или пульсара «на стероидах». — добавляет он.

Команда надеется обнаружить больше повторяющихся сигналов от этого источника, которые могут быть использованы в качестве астрофизических часов. Например, частота импульсов и то, как она меняется по мере удаления источника от Земли, может быть использована для измерения скорости расширения Вселенной.

Сигнал, как биение сердца

Новый сигнал был обнаружен с помощью радиотелескопа CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment). CHIME непрерывно наблюдает за небом и предназначен для улавливания радиоволн, излучаемых водородом на самых ранних стадиях существования Вселенной. Телескоп также чувствителен к высокоскоростным радиовспышкам, и с момента начала наблюдений за небом в 2018 году он обнаружил сотни FRB, приходящих из разных частей неба.

В недавно обнаруженном трехсекундном излучении импульсы излучения более высокой интенсивности появляются каждые 0,2 секунды, что никогда ранее не наблюдалось в быстрых радиоимпульсах.

21 декабря 2019 года. CHIME уловил сигнал потенциального FRB, что сразу же привлекло внимание ученых. — Это было необычно. Это был не только очень длинный сигнал, длившийся около трех секунд, но в нем были периодические пики, чрезвычайно точные, излучаемые каждую долю секунды, как биение сердца. Впервые сам сигнал стал периодическим, вспоминает Мичилли.

Сигнал в миллион раз ярче, чем предыдущие FRB

Анализируя структуру радиоимпульсов FRB 20191221A, Мичилли и его коллеги обнаружили сходство с излучениями пульсаров и магнетаров в нашей собственной галактике. Пульсары испускают пучки радиоволн, которые, как следует из названия этих объектов, кажутся пульсирующими при вращении звезды. Аналогичные излучения производят магнетары.

Главное отличие нового сигнала от радиоизлучения пульсаров и магнетаров, обнаруженных в нашей галактике, заключается в том, что FRB 20191221A кажется более чем в миллион раз ярче. Мичилли предполагает, что излучение может исходить от далекого пульсара или магнетара, который обычно не бывает таким ярким, но по неизвестной причине испустил серию ярких, сильных радиоимпульсов длительностью три секунды, и радиотелескопу CHIME посчастливилось это зафиксировать.

— CHIME обнаружил множество FRB с различными характеристиками. Мы видели некоторые из них очень неспокойными, в то время как другие выглядят так, как будто они находятся в чистой среде. Основываясь на свойствах этого нового сигнала, мы можем сказать, что вокруг этого источника существует плазменное облако, которое должно быть чрезвычайно турбулентным, говорит Мичилли.

Астрономы надеются зафиксировать дополнительные импульсы от этого источника, что может помочь лучше понять его и нейтронные звезды в целом. — Открытие поднимает вопросы: что может быть причиной этого экстремального сигнала, который мы никогда не видели раньше, и как мы можем использовать его для изучения Вселенной? — Мичилли подчеркивает.

Источник: Массачусетский технологический институт, фото Andre Renard/Dunlap Institute/CHIME Collaboration. На снимке: радиотелескоп CHIME