Телескопи NASA знаходять нові підказки про загадкові сигнали далекого космосу

Що викликає таємничі спалахи радіохвиль із далекого космосу? Астрономи можуть бути на крок ближче до надання єдиної відповіді на це запитання. Два рентгенівські телескопи НАСА нещодавно спостерігали одну з таких подій, відому як швидкий радіоспалах, лише за кілька хвилин до та після того, як вона сталася. Цей безпрецедентний погляд налаштовує вчених на шлях кращого розуміння цих екстремальних радіочастот.

Хоча вони тривають лише частку секунди, швидкі радіосплески можуть вивільнити приблизно стільки ж енергії, скільки сонце за рік. Їхнє світло також утворює лазерний промінь, що відрізняє їх від більш хаотичних космічних вибухів.

Оскільки сплески такі короткі, часто важко точно визначити, звідки вони походять. До 2020 року ті, чиє джерело було простежено, виникли за межами нашої галактики — надто далеко, щоб астрономи не могли побачити, що їх створило. Потім у рідній галактиці Землі спалахнув швидкий радіосплеск, який походить від надзвичайно щільного об’єкта, який називається магнетаром — зруйнованих залишків зірки, що вибухнула.

У жовтні 2022 року той самий магнітар — під назвою SGR 1935+2154 — створив ще один швидкий радіосплеск, детально вивчений NASA NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) на Міжнародній космічній станції та NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) на низькому рівні. Земна орбіта.

Телескопи годинами спостерігали за магнітаром, ловлячи мигцем те, що відбувалося на поверхні об’єкта-джерела та в його найближчому оточенні до та після швидкого радіоспалаху. Результати, описані в новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature, є прикладом того, як телескопи NASA можуть працювати разом, щоб спостерігати та стежити за короткочасними подіями у космосі.

Сплеск стався між двома «глюками», коли магнітар раптово почав обертатися швидше. SGR 1935+2154, за оцінками, мав приблизно 12 миль (20 кілометрів) і обертався приблизно 3,2 рази на секунду, тобто його поверхня рухалася зі швидкістю приблизно 7000 миль/год (11 000 км/год). Уповільнення або прискорення потребує значної кількості енергії.

Ось чому автори дослідження були здивовані, побачивши, що в проміжках між збоями магнетар уповільнювався до меншої швидкості, ніж до збою, всього за дев’ять годин, або приблизно в 100 разів швидше, ніж будь-коли спостерігалося в магнетарі.

«Зазвичай, коли трапляються збої, магнітару потрібні тижні або місяці, щоб повернутися до нормальної швидкості», — сказав Чін-Пінг Ху, астрофізик з Національного університету освіти Чанхуа в Тайвані та провідний автор нового дослідження. «Зрозуміло, що з цими об’єктами відбуваються набагато коротші часові масштаби, ніж ми думали раніше, і це може бути пов’язано з тим, як швидко генеруються радіосплески».

Намагаючись з’ясувати, як саме магнетари створюють швидкі радіовипромінювання, вчені мають враховувати багато змінних.

Наприклад, магнетари (які є різновидом нейтронних зірок) настільки щільні, що чайна ложка їхнього матеріалу важила б близько мільярда тонн на Землі. Така висока щільність також означає сильне гравітаційне тяжіння: зефір, що падає на типову нейтронну зірку, вдариться з силою ранньої атомної бомби.

Сильна гравітація означає, що поверхня магнетара є мінливим місцем, яке регулярно випускає спалахи рентгенівського випромінювання та світла з більшою енергією. Перед швидким радіоспалахом, який стався в 2022 році, магнетар почав викидати рентгенівські та гамма-промені (ще більш енергійні довжини хвилі світла), які спостерігалися в периферійному зорі високоенергетичних космічних телескопів. Це збільшення активності спонукало операторів місії навести NICER і NuSTAR прямо на магнітар.

«Усі ті рентгенівські спалахи, які відбулися до цього збою, мали б, у принципі, достатньо енергії, щоб створити швидкий радіосплеск, але цього не було», — сказав співавтор дослідження Зоравар Вадіасінгх, науковий співробітник Університету ім. Меріленд, Коледж-Парк і Центр космічних польотів імені Годдарда NASA. «Тож здається, що щось змінилося під час періоду сповільнення, створивши правильний набір умов».

Що ще могло статися з SGR 1935+2154, щоб створити швидкий радіосплеск? Одним із факторів може бути те, що зовнішня частина магнетара тверда, а висока щільність роздавлює внутрішню частину до стану, який називається надтекучим. Час від часу вони можуть не синхронізуватися, як вода, що хлюпає всередині акваріума, що обертається. Коли це відбувається, рідина може доставляти енергію в кору. Автори статті вважають, що це, ймовірно, спричинило обидва збої, які призвели до швидкого радіовибуху.

Якщо початковий збій спричинив тріщину на поверхні магнетара, він міг викинути матеріал із внутрішньої частини зірки у космос, як під час виверження вулкана. Втрата маси призводить до сповільнення обертових об’єктів, тож дослідники вважають, що це може пояснити швидке уповільнення магнітара.

Але спостерігаючи лише одну з цих подій у режимі реального часу, команда все ще не може точно сказати, який із цих факторів (або інші, такі як потужне магнітне поле магнетара) може призвести до створення швидкого радіовибуху. Деякі з них можуть бути взагалі не підключені до пакету.

«Ми, безсумнівно, спостерігали щось важливе для нашого розуміння швидких радіосплесків», — сказав Джордж Юнес, дослідник Годдарда та член наукової групи NICER, що спеціалізується на магнетарах. «Але я думаю, що нам потрібно ще багато даних, щоб розгадати таємницю».