Впервые определен источник отдельного быстрого радиовсплеска

Астрономам удалось определить галактику, в которой находился источник быстрого радиовсплеска FRB 180924. Ранее подобное было сделано только для одного всплеска FRB 121102, но он относился к редкому типу повторных, в то время как FRB 180924 был одиночным. Свойства двух галактик разительно отличаются, но полученные данные указывают на потенциальную возможность использования быстрых радиовсплесков для исследования свойств межгалактической среды, пишут авторы в журнале Science.

Быстрые радиовсплески (Fast Radio Bursts, FRB) — это короткие, обычно не более миллисекунды, импульсы длинноволнового излучения, порожденные далекими астрономическими источниками. Впервые их случайно обнаружили при обработке архивных данных в 2007 году. С тех пор было обнаружено 85 таких всплесков, из которых большинство один раз вспыхнули и погасли, но два оказались повторными и продолжают выдавать импульсы.

Существует огромное разнообразие теорий, пытающихся объяснить быстрые радиовсплески. Среди них есть активные ядра галактик, коллапсы звезд, взаимодействия черных дыр с нейтронными, аксионными и кварковыми звездами, слияния разнообразных объектов, падения астероидов на нейтронные звезды, деятельность инопланетян и многое другое. Существует специальный сайт, на котором перечисляются предложенные гипотезы, и их количество лишь в прошлом году стало меньше, чем число известных событий.

В 2017 году удалось определить источник повторного всплеска FRB 121102. Им оказалась яркая в радиоволнах туманность в карликовой галактике с высоким темпом звездообразования, расположенная на красном смещении 0,19. Это породило ряд гипотез о возможной связи FRB с молодыми магнетарами, находящимися внутри плериона, то есть создаваемой пульсарным ветром туманности. Вместе с тем в подобных галактиках обычно происходят другие высокоэнергетические процессы, в том числе длинные гамма-всплески и сверхмощные сверхновые, что также может указывать на взаимосвязанность явлений.

Астрономам под руководством Кита Баннистера (Keith Bannister) из австралийского Института CSIRO впервые удалось установить родительскую галактику для одиночного быстрого радиовсплеска. Это стало возможно благодаря наблюдениям на массиве радиотелескопов ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder), а оптическое изображение галактики затем было получено на телескопах в Обсерватории Кека, Джемини и VLT.

Источник быстрого радиовсплеска оказался расположен в четырех килопарсеках от центра галактики DES J214425.25−405400.81, находящейся на красном смещении 0,3214. Спектроскопические данные указывают, что галактика относится к классу массивных линзовидных или спиральных раннего типа. Звездное население в ней достаточно старое (возраст более 4 миллиардов лет) с суммарной массой 2,2×10¹⁰ масс Солнца. Авторам не удалось зарегистрировать радиоизлучения в континууме ни от источника, ни от всей галактики в последующие несколько дней. Также никаких повторяющихся всплесков длинноволнового излучения из данного направления не наблюдалось ни до, ни после FRB 180924.

Исследователи отмечают не только отличия в родительских галактиках у двух радиовсплесков с известными источниками, но и совершенное разное их непосредственное окружение. В случае повторного всплеска около него было облако сильно замагниченной плазмы, внутри которого находится постоянный источник радиоизлучения, в то время как отдельный всплеск не удалось связать ни с каким постоянным источником. Эти данные указывают на две возможности: либо существуют две отдельные популяции предшественников радиовсплесков, либо они встречаются в разных окружающих средах.

Ученым также удалось оценить потенциал использования подобных событий для изучения межгалактической среды. Основной феномен, позволяющий это сделать, — зависимость показателя преломления плазмы от частоты. Из-за этого при распространении многочастотного сигнала сквозь такую среду постепенно накапливается дисперсия, то есть временная задержка между высокочастотной и низкочастотной частями. Численное выражение этого сдвига, мера дисперсии, позволяет оценить плотность вещества между источником и приемником.

Мера дисперсии радиовсплеска должна складываться из трех компонентов: дисперсии в родительской галактике, дисперсии в межгалактической среде и дисперсии в Млечном Пути и его гало. Последний вклад достаточно хорошо известен, второй можно оценить из модели, но параметры столь далекой галактики измерить трудно. Астрономы приходят к выводу, что в предположении небольшой дисперсии в родительской галактике полученные данные удается объяснить с использованием простых моделей межгалактической среды, что позволит использовать подобные события для ее исследования при наличии достаточной статистики.

О том, что такое быстрые радиовсплески, специально для нашего издания писал сотрудник Государственного астрономического института им Штернберга Сергей Попов. На поиск радиовсплесков направлены значительные усилия, в частности, их ищут при помощи автоматической обработки данных искусственным интеллектом. Позволивших сделать новое открытие телескоп ASKAP специально создан для изучения таких событий и ранее уже обеспечил удвоение имеющейся статистики.