Первый галактический источник быстрых радиовсплесков 13 дней побыл радиопульсаром
Радиоимпульсы возникают в магнитосфере магнитара
Астрономы увидели, как галактический магнитар SGR J1935+2154 начал и перестал быть радиопульсаром. В этой фазе он пробыл 13 дней, спустя пять месяцев после того, как стал первым источником быстрого радиовсплеска в Млечном Пути. Это говорит в пользу теории о том, что подобные всплески связаны с намагниченными нейтронными звездами. Статья опубликована в журнале Science Advances.
Впервые быстрые радиовсплески наблюдались 16 лет назад (хотя известны и более старые события), с тех пор было обнаружено несколько сотен подобных событий. Они представляют собой очень яркие импульсы радиоизлучения, которые длятся миллисекунды, чаще всего наблюдаются одиночные радиовсплески, однако известны и источники повторяющихся всплесков. При этом все источники находятся в других галактиках.
Природа быстрых радиовсплесков до сих пор остается предметом споров и существует ряд теорий, объясняющих их. В 2018 году идея о том, что всплески могут возникать в магнитосфере намагниченных нейтронных звезд получила хорошее наблюдательное подтверждение, а в апреле 2020 года был обнаружен первый кандидат в источник быстрых радиовсплесков в Млечном Пути FRB 20200428, который укладывался в эту теорию. Его источником стал магнитар SGR J1935+2154, который находится в 21 тысяче световых лет от Солнца в остатке сверхновой G57.2+00.8.
Группа астрономов во главе с Вэйвэем Чжу (Weiwei Zhu) из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук сообщила, что наблюдала SGR J1935+2154 в фазе радиопульсара при помощи наземного радиотелескопа FAST. Наблюдения велись с 9 по 30 октября 2020 года и были инициированы сообщением команды радиотелескопа CHIME, обнаружившим от магнитара три всплеска 8 октября. При этом в период с мая по август источник не проявлял заметной активности, лишь 30 апреля и 24 мая наблюдались три радиовсплеска умеренной светимости.
В общей сложности за 13 дней ученые зарегистрировали 795 импульсов, которые четко повторялись с периодом 3,2478 секунд. Фаза радиоимпульсов не совпадает с фазой рентгеновских пульсаций, в отличие от эпизода генерации быстрого радиовсплеска FRB 20200428, при этом светимости одиночных импульсов примерно на восемь-девять порядков ниже, чем у FRB 20200428. Импульсы обладают сложной субструктурой, которая напоминает наблюдаемые структуры импульсов у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков.
Исследователи предполагают, что эти результаты говорят в пользу идеи о том, что магнитары могут быть источниками быстрых радиовсплесков. Возможно всплески, подобные быстрым радиовсплескам, и их аналоги с более низкой светимостью, генерируются за счет разных механизмов. Радиоимпульсы способны возникать в фиксированной области магнитосферы и генерируются за счет обычных физических механизмов, ответственных за излучение радиопульсаров. Радиовсплески же могут порождаться во время сильных возмущений магнитосферы и могут быть связаны с некими взрывными процессами, это способно объяснить отсутствие наблюдаемого периода у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков.
О том, что такое быстрые радиовсплески и как их изучают, можно прочитать в блоге астрофизика Сергея Попова.
Они возникли при слияниях нейтронных звезд или вспышках сверхновых
Химический состав некоторых старых звезд Млечного Пути, обогащенных элементами r-процесса, можно объяснить наличием осколков деления трансурановых ядер. Таким образом, r-процесс мог отвечать за синтез в ранней Вселенной очень тяжелых химических элементов. Статья опубликована в журнале Science. Самые тяжелые химические элементы рождаются во Вселенной благодаря процессу быстрого захвата атомным ядром нейтронов (r-процесс), который требует для своего протекания экстремальных условий, имеющих место при некоторых взрывах сверхновых и слияниях нейтронных звезд, порождающих вспышки килоновых. То, что это возможно, было подтверждено наблюдательно, однако неясны многие детали синтеза таких элементов, в частности, насколько универсально протекает r-процесс для разных звезд и каковы особенности рождения элементов тяжелее урана. Группа астрономов во главе с Яном Рёдеререм (Ian Roederer) из Университета Мичигана опубликовала результаты исследований химического состава выборки из 42 старых звезд Млечного Пути, в которых ранее наблюдалось наличие тяжелых элементов, образованных в результате r-процесса, и не было загрязнения элементами, рожденными в результате s-процесса (медленный захват нейтронов ядром). Выборка охватывала диапазоны металличности [Fe/H] от −3,57 до −0,99 и уровня обогащения элементами r-процесса [Eu/Fe] от −0,52 до 1,69. Исследователи заметили, что звезды с более высоким отношением [Eu/Fe] демонстрируют несколько повышенное содержание некоторых элементов (включая Ru, Rh, Pd, Ag, Gd, Tb, Dy и Yb), по сравнению со звездами с более низким отношением [Eu/Fe], что не может быть следствием универсальности r-процесса. Содержание элементов с зарядом ядра 34-42, 48-52 и 56-62 не коррелирует с отношением [Eu/Fe], а с зарядом 44-47 (Ru, Rh, Pd и Ag) и 63-78 (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Hf, Os и Pt) демонстрирует значительную положительную корреляцию с отношением [Eu/Fe]. Ученые пришли к выводу, что наблюдаемую картину химического состава можно объяснить вкладом осколков деления богатых нейтронами ядер с массовыми числами более 260, рожденных в результате r-процесса, которые попали в звезды из межзвездной среды. По их оценкам, до половины звезд с металличностью [Fe/H] от −3 до −1,5 могут обладать таким загрязнением осколками деления трансурановых ядер, что говорит в пользу доминирующей роли r-процесса в ранней Вселенной. Ранее мы рассказывали о том, как в гало Млечного Пути нашли звезду из вещества двух популяций звезд.
