Ближайший внегалактический сигнал пришел из неожиданного места
Недавно обнаруженный повторяющийся быстрый радиовсплеск (FRB) под названием FRB 20200120E углубляет загадку этих и без того глубоко загадочных космических сигналов.
Астрономы отследили местоположение сигнала до галактики на расстоянии 11,7 миллиона световых лет, что делает его ближайшим из известных быстрых радиовсплесков, в 40 раз ближе, чем ближайший внегалактический сигнал. Но она также появляется в шаровом скоплении - скоплении очень старых звезд, совсем не в том месте, которое можно было бы ожидать от звезд, излучающих FRB.
Его открытие предполагает другой механизм образования этих звезд, предполагая, что FRB могут возникать в более широком диапазоне сред, чем мы думали.
FRB изводят ученых с тех пор, как в 2007 году был открыт первый из них. Они состоят из чрезвычайно мощных сигналов из глубокого космоса на расстоянии миллионов световых лет от нас, некоторые из них выделяют больше энергии, чем 500 миллионов Солнц, и обнаруживаются только в радиоволнах.
Тем не менее, эти всплески шокирующе кратки, их продолжительность меньше мгновения ока - всего миллисекунды - и большинство из них не повторяются, поэтому их очень трудно предсказать, отследить и, следовательно, понять.
Анализируя тонкую структуру этих радиосигналов, астрономы находили тип объекта, который, по их мнению, мог вызвать их, с компактными объектами, такими как нейтронные звезды. Затем, в прошлом году, произошел крупный прорыв. Наконец, изнутри галактики Млечный Путь был обнаружен FRB, излучаемый магнитаром.
Магнитары, из которых на сегодняшний день подтверждено только 24, представляют собой редкий тип нейтронной звезды, коллапсировавшее ядро мертвой звезды, масса которого в начале была в 8-30 раз больше массы Солнца. Нейтронные звезды маленькие и плотные, около 20 километров в диаметре, с максимальной массой около двух Солнц.
Магнитары, как следует из названия, добавляют к этой смеси еще кое-что: абсолютно безумное магнитное поле - примерно в квадриллион раз сильнее, чем магнитное поле Земли, и в тысячу раз сильнее, чем у обычной нейтронной звезды.
Это возвращает нас к FRB 20200120E. Среди FRB это меньшинство, один из них повторяется, но в остальном идеально подходит под профиль. Однако из-за того, что он повторяется, астрономам было легче определить место на небе, откуда он возник. Анализируя другие свойства сигнала, они смогли определить, что он прошел относительно небольшое расстояние.
Это привело их в начале этого года к грандиозной спиральной галактике под названием M81, хотя и с некоторой степенью неопределенности. В частности, исследователи полагали, что они отследили FRB 20200120E до шарового скопления.
В новом препринте, ожидающем рецензирования, группа астрономов подтвердила это местоположение.
Но вот почему это стало проблемой. Шаровые скопления - это компактные группы звезд, которые, как правило, очень старые и долгоживущие, а также имеют небольшую массу, не превышающую массу Солнца. Считается, что все их звезды образовались из одного и того же газового облака в одно и то же время. И эти звезды затем вместе проживают в основном тихую жизнь.
Нейтронные звезды, как мы упоминали ранее, имеют тенденцию образовываться из звезд с более высокой массой, которые также имеют тенденцию иметь гораздо более короткую продолжительность жизни на главной последовательности (сжигание водорода) - у звезд типа OB. Итак, как правило, вы не ожидаете найти нейтронные звезды или магнитары в шаровом скоплении.
"Здесь мы окончательно доказываем, что FRB 20200120E связан с шаровым скоплением в галактической системе M81, тем самым подтверждая, что оно в 40 раз ближе, чем любой другой известный внегалактический FRB", - пишут исследователи. "Поскольку в таких шаровых скоплениях находится старое звездное население, эта ассоциация бросает вызов моделям FRB, которые используют магнитары, образовавшиеся в сверхновой с коллапсом ядра, как источник излучения FRB".
Однако есть интересный прецедент.
Время от времени в шаровых скоплениях обнаруживается быстро вращающаяся нейтронная звезда, известная как миллисекундный пульсар. Поскольку шаровые скопления настолько густонаселенны, звезды могут взаимодействовать и даже сталкиваться друг с другом, создавая такие объекты, как рентгеновские двойные системы с малой массой и пульсары.
По словам исследовательской группы, это вводит другие интересные механизмы формирования магнитаров помимо сверхновой звезды с коллапсом ядра. Белый карлик с малой массой, взаимодействующий с материалом другой звезды и аккрецирующий его, может набрать достаточно массы, чтобы коллапсировать в нейтронную звезду; или два белых карлика могут слиться с той же целью.
Также возможно, что источником FRB вовсе не магнитар, а рентгеновская двойная система с малой массой, такая как белый карлик и нейтронная звезда или нейтронная звезда и экзопланета. Это также может быть аккрецирующая черная дыра. Доказательства этих объяснений отсутствуют - нет активности рентгеновского или гамма-излучения, которая обычно сопровождает эти системы, - но их все же нельзя исключать.
Каким бы ни был ответ, похоже, что FRB 20200120E собирается изменить ситуацию. Либо это научит нас чему-то новому о взаимодействиях звезд в шаровых скоплениях, либо даст нам новый канал формирования FRB.
Поскольку это повторяющийся FRB, так близко к нам, он представляет редкую возможность детально исследовать эти загадочные сигналы.