В концепции этого художника магнетар изображен в результате выброса, который заставил бы его вращение замедлиться. Сильные, скрученные силовые линии магнитара (показаны зеленым) могут влиять на поток электрически заряженного материала из объекта, который представляет собой тип нейтронной звезды. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Что вызывает загадочные всплески радиоволн из глубокого космоса? Астрономы, возможно, стали на шаг ближе к тому, чтобы дать ответ на этот вопрос. Два рентгеновских телескопа НАСА недавно наблюдали одно из таких событий, известное как быстрый радиовсплеск, всего за несколько минут до и после того, как оно произошло. Эта беспрецедентная точка зрения ставит ученых на путь лучшего понимания этих экстремальных радиособытий.
Хотя быстрые радиовсплески длятся лишь доли секунды, они могут высвободить примерно столько же энергии, сколько Солнце выделяет за год. Их свет также образует лазерный луч, отличающий их от более хаотичных космических взрывов.
Поскольку всплески настолько кратковременны, часто трудно определить, откуда они берутся. До 2020 года те, источник которых был прослежен, возникли за пределами нашей галактики — слишком далеко, чтобы астрономы могли увидеть, что их создало. Затем в родной галактике Земли произошел быстрый радиовсплеск, исходивший от чрезвычайно плотного объекта, называемого магнетаром, — коллапсирующих остатков взорвавшейся звезды.
В октябре 2022 года тот же магнетар, получивший название SGR 1935+2154, произвел еще один быстрый радиовсплеск, подробно изученный НАСА NICER (Исследователь внутреннего состава нейтронных звезд) на Международной космической станции и NuSTAR (Ядерная спектроскопическая телескопическая матрица) на низких частотах. Земная орбита.
Телескопы наблюдали за магнетаром в течение нескольких часов, мельком увидев, что происходило на поверхности объекта-источника и в его непосредственной близости до и после быстрого радиовсплеска. Результаты, описанные в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, являются примером того, как телескопы НАСА могут работать вместе, чтобы наблюдать и следить за кратковременными событиями в космосе.
Всплеск произошел между двумя «глюками», когда магнетар внезапно начал вращаться быстрее. По оценкам, SGR 1935+2154 имеет диаметр около 12 миль (20 километров) и вращается примерно 3,2 раза в секунду, а это означает, что ее поверхность двигалась со скоростью около 7000 миль в час (11 000 км/ч). Чтобы замедлить или ускорить его, потребуется значительное количество энергии.
Вот почему авторы исследования были удивлены, увидев, что в периоды сбоев магнетар замедлялся до скорости, меньшей, чем до сбоя, всего за девять часов, или примерно в 100 раз быстрее, чем когда-либо наблюдалось в магнетаре.
«Обычно, когда случаются сбои, магнитару требуются недели или месяцы, чтобы вернуться к нормальной скорости», — сказал Чин-Пин Ху, астрофизик из Национального педагогического университета Чанхуа на Тайване и ведущий автор нового исследования. «Очевидно, что с этими объектами все происходит в гораздо более коротких временных масштабах, чем мы думали ранее, и это может быть связано с тем, как быстро генерируются радиовсплески».
Цикл отжима
Пытаясь понять, как именно магнетары производят быстрые радиовсплески, ученым приходится учитывать множество переменных.
Например, магнетары (разновидность нейтронных звезд) настолько плотны, что чайная ложка их материала на Земле весила бы около миллиарда тонн. Такая высокая плотность также означает сильное гравитационное притяжение: зефир, упавший на типичную нейтронную звезду, ударит с силой ранней атомной бомбы.
Сильная гравитация означает, что поверхность магнетара является нестабильным местом, регулярно испускающим всплески рентгеновского излучения и света более высоких энергий. Перед быстрым радиовсплеском, произошедшим в 2022 году, магнетар начал испускать извержения рентгеновских лучей и гамма-лучей (еще более энергичные длины волн света), которые наблюдались в периферийное зрение космических телескопов высоких энергий. Такое увеличение активности побудило операторов миссии направить NICER и NuSTAR прямо на магнетар.
«Все те рентгеновские всплески, которые произошли до этого сбоя, в принципе, имели бы достаточно энергии, чтобы создать быстрый радиовсплеск, но этого не произошло», — сказал соавтор исследования Зоравар Вадиасингх, ученый-исследователь из Университета Мэриленд, Колледж-Парк и Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. «Таким образом, похоже, что что-то изменилось в период замедления, создав правильный набор условий».
Что еще могло произойти с SGR 1935+2154, чтобы произвести быстрый радиовсплеск? Одним из факторов может быть то, что внешняя часть магнетара твердая, а высокая плотность приводит внутреннюю часть в состояние, называемое сверхтекучим. Иногда они могут рассинхронизироваться, как вода, плещущаяся во вращающемся аквариуме. Когда это происходит, жидкость может доставлять энергию в кору. Авторы статьи полагают, что именно это, вероятно, стало причиной обоих сбоев, которые привели к быстрому радиовсплеску.
Если бы первоначальный сбой вызвал трещину на поверхности магнетара, это могло бы привести к выбросу материала из недр звезды в космос, подобно извержению вулкана. Потеря массы приводит к замедлению вращения вращающихся объектов, поэтому исследователи полагают, что это может объяснить быстрое замедление магнетара.
Но, наблюдая только одно из этих событий в реальном времени, команда до сих пор не может точно сказать, какой из этих факторов (или других, таких как мощное магнитное поле магнетара) может привести к возникновению быстрого радиовсплеска. Некоторые из них могут быть вообще не связаны с взрывом.
«Мы, несомненно, наблюдали что-то важное для нашего понимания быстрых радиовсплесков», — сказал Джордж Юнес, исследователь из Годдарда и член научной группы NICER, специализирующейся на магнетарах. «Но я думаю, что нам еще нужно гораздо больше данных, чтобы раскрыть тайну».
