Быстрые радиовсплески (FRB) — это загадочные импульсы энергии, которые могут длиться от долей миллисекунды до примерно трех секунд. Большинство из них происходят из-за пределов галактики, хотя один из них был обнаружен из источника внутри Млечного Пути. Некоторые из них также повторяются, что только добавляет им загадочности.
Хотя астрофизики считают, что вероятным источником FRB является высокоэнергетический астрофизический процесс, они не уверены, как они генерируются. Исследователи использовали гравитационные волны (ГВ), чтобы наблюдать за одним близлежащим известным источником FRB, чтобы попытаться лучше понять их.
Единственный подтвержденный источник FRB в Млечном Пути — это нейтронная звезда с мощным магнитным полем — магнетар — под названием SGR 1935+2154. Его FRB был обнаружен в 2020 году и стал первым, подключенным к источнику. Хотя SGR 1935+2154 находится на расстоянии около 20 000 световых лет от нас, она все же достаточно близка для изучения.
В новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, ученые использовали британско-немецкий детектор гравитационных волн GEO600 для исследования любых связей между FRB и гравитационными волнами. Исследование называется «Поиск с помощью GEO600 гравитационных волн, совпадающих с быстрыми радиовсплесками от SGR 1935+2154», ведущий автор — А.Г. Абак. Абак из Института гравитационной физики Макса Планка.
FRB чрезвычайно энергичны, как и магнетары. Соединение FRB с магнетаром SGR 1935-2154 — это большой шаг в понимании FRB, хотя остается еще целый ряд вопросов без ответов. Некоторые магнетары неоднократно излучают FRB, а также светятся в рентгеновских лучах. Магнетары могут испытывать мощные звездные землетрясения, когда напряжение в их коре высвобождается, а высвободившаяся энергия сотрясает магнитное поле магнетара, высвобождая FRB и рентгеновские лучи. Исследователи задались вопросом, могут ли те же самые землетрясения генерировать гравитационные волны.
Может ли наблюдение магнитара на предмет GW открыть окно в магнетары и процессы, которые генерируют FRB?
«Наблюдение быстрых радиовсплесков и гравитационных волн от магнетара почти одновременно могло бы стать доказательством, которое мы искали в течение долгого времени», — сказал Джеймс Лоф, ведущий научный сотрудник немецко-британского детектора гравитационных волн GEO600 в Институте Макса Планка. по гравитационной физике (Институт Альберта Эйнштейна; AEI) в Ганновере. Одновременное наблюдение FRB и GW могло бы подтвердить общее происхождение звездных землетрясений, генерируемых нейтронной звездой. «Вот почему мы работали с международной командой над анализом данных, полученных с помощью GEO600, в то время как магнетар на пороге нашего космического пространства излучал быстрые радиовсплески», — добавляет Лох.
Если магнетар генерирует гравитационные волны, они будут сильными, когда достигнут наших детекторов, и их эффекты будет легче наблюдать. В период с апреля 2020 года по октябрь 2022 года SGR 1935+2154 генерировал три эпизода FRB, и GEO600 его прослушивал. Детектор GW является частью глобальной сети детекторов GW.
«Было важно, чтобы GEO600 мог продолжать наблюдения, пока все остальные детекторы находились на этапе обновления», — объяснил Лоф. «В противном случае мы бы упустили возможность получить данные о гравитационных волнах во время этих захватывающих событий, происходящих так близко к нам».
К сожалению, тщательный анализ данных GEO600 не выявил никаких доказательств существования GW. Однако наблюдения детектора по-прежнему были ценными. Поскольку магнетар находится так близко к нам, даже отсутствие его обнаружения дало некоторую новую информацию.
Это не первый случай, когда ученые используют детекторы ГВ для поиска ГВ, излучаемых одновременно с FRB, а также ГВ от всплесков магнетаров и пульсаров. Различные исследователи использовали более мощные коллаборации LIGO, Virgo и KAGRA (LVK), чтобы найти их, но безуспешно. «Хотя в этих исследованиях не было обнаружено никаких обнаружений, поиски установили верхние пределы энергии ГВ, которая могла быть излучена в связи с этими событиями», — пишут авторы в своем исследовании.
Детекторы LVK больше и мощнее, чем GEO600. Их данные показывают, что максимально возможная энергия гравитационных волн, которая могла быть испущена во время FRB магнетара с 2020 по 2022 годы и не была обнаружена, должна была быть в 10 000 раз меньше, чем астрономы пришли к выводу на основе предыдущих исследований.
Различные модели объясняют, как GW образуются в FRB, но наблюдения GW еще недостаточно чувствительны, чтобы различать их. Однако, устанавливая пределы силы ГВ, наблюдения ГВ по-прежнему предоставляют информацию, которая помогает ученым совершенствовать свои модели.
Попытка связать GW и FRB на самом деле только начинается. Хотя LIGO/Virgo не смогли наблюдать магнетар во время его последних FRB, мы надеемся, что они будут готовы к работе во время следующего эпизода. На этот раз их эффективность и чувствительность будут повышены.
В течение долгого времени астрофизики предполагали, что источником FRB являются магнетары, и обнаружение FRB от SGR 1935+2154 подтверждает это, по крайней мере, для некоторых FRB. Однако точный механизм их образования остается неясным. «Взаимосвязь между этими вспышками магнитаров и FRB плохо изучена, но, вероятно, они вызваны различными физическими процессами, даже если основное поведение магнитаров может быть связано», — пишут авторы в своем заключении.
Если будущие наблюдения GW магнетара с помощью модернизированных обсерваторий LIGO/Virgo и KAGRA смогут показать, что GW излучаются одновременно с FRB, это будет огромным достижением. «Учитывая повышенную чувствительность этих детекторов по сравнению с GEO600, любой FRB SGR 1935+2154 в течение оставшейся части O4 (4-го сеанса наблюдений) может предоставить еще одну возможность исследовать связь GW-FRB», — объясняют авторы исследования.
«Скоро все может стать интересным. Мы надеемся, что магнетар, который молчал в течение двух лет и не излучал ни одного радиовсплеска, снова станет активным в ближайшие несколько месяцев», — говорит Карстен Данцманн, директор AEI и директор Института гравитационной физики Лейбница. Университет Ганновера. Международная сеть детекторов находится на полпути к наблюдательному циклу, который продлится до июня 2025 года. «Благодаря данным более чувствительных инструментов мы сможем еще более внимательно посмотреть, сопровождаются ли быстрые радиовсплески магнетаров гравитационными волнами и, таким образом, возможно, разрешите очень старую загадку», — говорит Данцманн.
