Белые трещины на поверхности магнетара символизируют активность звездотрясения, а конические шипы, идущие от поверхности, представляют собой множественные всплески FRB. Шипы различаются по размеру, отражая изменчивость энергии всплеска. Зеленые линии, соединяющие всплески, указывают путь случайного блуждания, символизируя стохастический характер активности быстрых радиовсплесков. Между зелеными зигзагообразными линиями и трещинами звездных землетрясений нет прямой связи, что подчеркивает различие между природой FRB и землетрясений. Фото: Science China Press
Быстрые радиовсплески (FRB) представляют собой самые интенсивные радиовзрывы во Вселенной. С момента первого открытия в 2007 году FRB привлекли к себе значительное внимание, кульминацией которого стала премия Шоу в области астрономии в 2023 году. Эти экстремальные космические всплески, происхождение которых пока неизвестно, являются одними из самых загадочных явлений как в астрономии, так и в физике.
Причинно-следственная связь требует, чтобы размеры источников FRB были меньше c·dt, где c — скорость света, а dt — продолжительность событий. Для типичного всплеска длительностью 1 миллисекунду это подразумевает область размером менее 300 километров, а значит, компактные объекты, такие как нейтронные звезды или черные дыры, являются двигателями FRB.
Быстрое вращение наблюдалось в большинстве компактных объектов, что дает основание ожидать периодичности повторения всплесков FRB. Однако обширные поиски периодичности от миллисекунд до секунд не увенчались успехом, что привело к переоценке механизмов излучения FRB.
Команда под руководством профессора Ди Ли из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук представила новый подход к характеристике поведения FRB в двумерном фазовом пространстве времени и энергии. Количественно оценивая случайность и хаос с помощью обобщенного «индекса Пинкуса» и «экспоненты Ляпунова» соответственно, им удается поместить FRB в контекст других распространенных физических событий, таких как пульсары, землетрясения и солнечные вспышки.
На верхней и средней панелях представлены серии событий во времени-энергетическом пространстве этих источников. Цвет меняется с синего на красный, что указывает на повышенную стохастичность. На нижней панели быстрые радиовсплески собираются вместе с броуновским движением в направлении крайне случайных, но менее хаотичных областей в фазовом пространстве стохастичность-хаос, которое отличается от землетрясений и солнечных вспышек, которые более хаотичны, но менее случайны, чем FRB. Фото: Science China Press
И случайность, и хаос вызывают непредсказуемость, но они различны. Непредсказуемость случайной последовательности остается постоянной с течением времени — например, бросание игральных костей, результат каждого броска не имеет никакой связи с предыдущим. В хаотических системах непредсказуемость со временем возрастает экспоненциально. Например, любой может предсказать погоду на ближайшие секунды, посмотрев вверх и по сторонам, но человечеству по-прежнему сложно точно предсказать погоду в долгосрочной перспективе.
Команда обнаружила, что FRB перемещаются по фазовому пространству энергии-времени с более низким уровнем хаоса, но с более высокой степенью случайности, чем у землетрясений и солнечных вспышек. Выраженная случайность излучений FRB предполагает сочетание нескольких механизмов или мест выбросов. Это исследование устанавливает новую систему количественной оценки FRB и приближает нас к окончательному раскрытию происхождения этих сильных космических взрывов.
Исследование опубликовано в журнале Science Bulletin.
Информация от: Science China Press
