В июне этого года международная группа исследователей буквально “поймала” гигантский, почти мгновенный радиовсплеск длительностью всего одну миллисекунду. Зато энергия, которая содержалась в таком кратковременном сигнале, составила 5 умножить на10 в 25-ой степени Мегаватт-час. Это самый мощный радиовсплеск такого рода.
Нашему Солнцу понадобится тридцать лет, чтобы произвести столько энергии! Все сто миллиардов звёзд нашей Галактики излучают такую энергию примерно за 100 секунд.
Расстояние до источника радиовсплеска равно около 7.5 миллиардов световых лет. Именно столько лет назад этот сигнал был испущен неведомым источником в далёкой галактике. Статья об этом открытии опубликована 19 октября 2023 г. в журнале Science (https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf2678 ).
Такого рода сигналы известны исследователям уже около 15 лет и называются быстрыми радиовсплесками (fast radio burst – FRB). Некоторое время после обнаружения различными радиобсерваториями таких всплесков астрономы связывали их происхождение с локальными – с земными или близкими к Земле источниками. Однако, после идентификации источника быстрого радиовсплеска с оптической галактикой и определения до неё расстояния, стало понятно, что сигналы приходят к нам из других галактик.
Природа их, несмотря на 15-и летнюю историю исследования, неизвестна. Это одна из загадок Космоса. Длительность сигнала указывает нам на то, что размер источника не может превышать 300 км – такое расстояние проходит свет за одну миллисекунду.
Но откуда в таком случае берётся столь большая энергия?
Радиовсплеск, обнаруженный в июне на австралийском радиотелескопе ASKAP (Australian Square Kilimeter Array Pathfinder) – самый удалённый из всех ранее зарегистрированных быстрых радиовсплесков – его назвали FRB 20220610A.
Расстояние до него было определено с помощью Очень большого оптического телескопа Южно-Европейской обсерватории в Чили. Он так и называется Very Large Telescope (VLT). Определение расстояния его открывателям удалось сделать благодаря тому, что радиотелескоп ASKAP позволяет локализовать положение источников на небе с очень высокой точностью. Его угловое разрешение таково, что можно читать книгу на расстоянии 400 м.
Это позволило авторам статьи отождествить ту оптическую галактику, из которой он был испущен. А уже после этого они по измерениям оптических спектров смогли вычислить расстояние до неё. И это большая удача – обычно точная идентификация объектов, где возникают такого рода радиовсплески, затруднена.
Сейчас известно только 50 FRB источников, для которых определены их “родительские” галактики. В данном случае помогло ещё и то, что источник находился в одной из трёх сливающихся галактик, как показано на рисунке.
Полученный результат принципиально важен для понимания природы быстрых радиовсплесков . По утверждению первого автора статьи Стюарта Райдера в интервью журналу Space, локализация радиовсплеска в небольшой группе сливающихся галактик может “навести на след” того космического “устройства”, который производит такого рода всплески.
Их кратковременность с одной стороны, и выделяемая ими гигантская энергия с другой, указывают, скорее всего, на их связь с компактными релятивистскими объектами – чёрными дырами и нейтронными звёздами. Это покажет нам будущее.
Есть ещё одна очень важная сторона обнаружения этого радиовсплеска. Уже долгие годы – более 30 лет, – при подсчёте барионов во Вселенной, была обнаружена проблема “скрытых барионов”.
Барионы – это то, из чего состоит всё вокруг нас, а основой всего этого являются протоны и нейтроны. “Скрытые барионы” – это часть обычного вещества, которую мы не видим.
И это совсем не “темная материя”!
Многочисленные независимые подсчёты позволили найти заметную часть “скрытых барионов”, однако до сих пор мы не видим половины того, что должно быть во Вселенной.
Проблема “скрытых” (или потерянных) барионов в том и состоит, что количество барионов, наблюдаемых в современную эпоху, почти вполовину меньше, чем их было с самого начала. Куда они девались за 13 с лишним млрд лет?
Один из возможных резервуаров для них – это межгалактическое пространство, заполненное ионизованным газом. Какая-то (незначительная) часть его проявляется в наблюдениях спектральных линий ионов и атомов различных химических элементов. Однако, если газ сильно ионизован, то наблюдать его практически невозможно – спектральные детали слишком слабы.
Быстрые радиовсплески оказались тем инструментом, с помощью которого “скрытые барионы” могут быть наконец выявлены.
Дело в том, что при распространении в ионизованной среде радиоволны “расплываются” во времени из-за того, что радиоволны с разной частотой имеют в плазме различную скорость распространения. И чем больше на пути сигнала он встречает ионизованного вещества, тем больше он “размазан” во времени.
В случае радиовсплеска FRB 20220610A сигнал проходит расстояние 7.5 млрд световых лет, поэтому временное “размазывание” сигнала оказалось значительным. Кроме того, он пересекает еще и довольно плотную область пространства между сливающимися галактиками, где их газ частично “срывается” силами гравитации и накапливается в пространстве между ними.
Три года назад идея о возможности использования быстрых радиовсплесков для измерения массы барионов во Вселенной была высказана австралийским астрофизиком Жан-Пьером Маккуартом. С открытием FRB 20220610A такая возможность подтверждена. По мнению одного из участников и соавторов статьи Райана Шеннона, исключительные характеристики радиотелескопа ASKAP, вместе с другим уже частично действующим радиотелескопом международной радиообсерватории SKA (Square Kilometer Array) – MeerKAT (Meerkat Karoo Array Telescope), – в ЮАР позволят в скором будущем раскрыть загадку “скрытых барионов”.
История с радиовсплеском FRB 20220610A подтверждает одно правило, давно замеченное в астрофизике. Обнаружение неизвестных ранее источников излучения в космосе всегда имеют два аспекта: с одной стороны они содержат в себе принципиально новую физику, с другой – они могут использоваться для исследования материи, которая встречается на их пути. Причём, чаще всего второе развивается, даже несмотря на то, что понимание природы и физики самих источников могут долгое время оставаться неизвестными. Так было с пульсарами, с квазарами, с гамма-всплесками.
Так будет и в этом случае. Можно быть уверенным в том, что исследование быстрых радиовсплесков с помощью новых радиотелескопов принесёт нам в скором будущем много интересного.
