Астрономы начинают добираться до источников быстрых радиовспышек — мощных мимолетных вспышек радиоволн, наблюдаемых на внегалактических расстояниях. Сильно намагниченные нейтронные звезды, называемые магнетарами, могут быть ответственны за многие из этих далеких событий, но как именно эти экстремальные объекты генерируют быстрые радиовспышки?
Космическая тайна Тайна происхождения FRB , по крайней мере некоторых из них, казалось, была решена, когда выяснилось, что первая радиовспышка в Млечном Пути
исходила от магнетара — чрезвычайно плотного звездного остатка с магнитным полем около 100 миллиардов до 10 триллионов раз мощнее обычного магнита на холодильник. Но, как это часто бывает в астрофизике, решение этой загадки повлекло за собой множество других: как магнетары генерируют эти сильные короткие всплески радиоволн и формируются ли они вблизи поверхности магнетара или из окружающего вещества?
В статье, опубликованной 19 января 2022 года, Андрей Белобородов (Колумбийский университет и Институт астрофизики Макса Планка, Германия) исследовал, могут ли FRB, генерируемые вблизи поверхности магнетара, выйти из его магнитосферы — области пространства, где заряженные частицы искривляются под воздействием сильного магнитного поля магнетара.
Модели магнетара
Магнитосфера имеет большое значение в нашей Солнечной системе: магнитосфера Земли защищает нас от энергичных частиц, генерируемых Солнцем, а магнитосфера Юпитера господствовала бы на небе, если бы наше зрение было приспособлено к восприятию радиоволн. Однако магнитосфера магнетара гораздо более странная, чем эти близлежащие примеры; Намагниченная нейтронная звезда в центре генерирует плазму электронов и их положительно заряженных аналогов, позитронов, которые заполняют магнитосферу и могут предотвратить выход радиовспышек, генерируемых вблизи поверхности магнетара, в космос.
Белобородов использовал уравнения физики плазмы, чтобы понять, как радиовспышка может взаимодействовать с заряженными частицами и магнитными полями в магнитосфере магнитара. Когда радиовспышка распространяется наружу, она сжимает магнитосферу, передавая свой импульс магнитным полям и плазме. Колеблющиеся электроны и позитроны испускают гамма-лучи , которые могут сталкиваться и производить еще больше электронов и позитронов, создавая каскад частиц и гамма-лучей, которые рассеивают радиоволны и истощают их энергию. Радиоволнам нет выхода; Белобородов обнаружил, что крайне маловероятно, что высокоскоростная радиовспышка сможет покинуть магнитосферу, если она будет сгенерирована в пределах 100 000 км от поверхности магнетара.
Что еще нужно узнать
Хотя исследование Белобородова исключает возможность высокоскоростных радиовсплесков во внутренней магнитосфере, существуют и другие способы, которыми магнетары могут быть источником этих явлений. Другая возможность заключается в том, что FRB возникают гораздо дальше от магнитара, где магнитосферные вспышки происходят при ветре, дующем от магнитара.
К счастью, Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода готов добавить новые наблюдения в существующий каталог сотен высокоскоростных радиовспышек, которые помогут нам понять происхождение этих загадочных событий и сложную физику, стоящую за ними.