Недавно виявлений швидкий радіосплеск має дивну поведінку та викликає багато запитань

Як тільки ви починаєте думати, що розумієте закономірність, виникає дивний випадок, який змушує переоцінити все, що ви знаєте. Недавно виявлений швидкий радіосплеск (ШРС) FRB 190520 демонструє унікальну поведінку у порівнянні з іншими ШРС, виявленими досі.

Цей дивний космічний сплеск спостерігала міжнародна група під керівництвом дослідників з Університету Західної Вірджинії (WVU) та Центру гравітаційних хвиль і космології. Статтю, що описує спостереження унікальної поведінки швидкого радіосплеску під назвою FRB 190520, було опубліковано в журналі Nature.

Дивне явище

Швидкі радіосплески (ШРС) — це швидкоплинні радіоімпульси, викликані астрофізичними джерелами, розташованими далеко поза нашої галактики, Чумацького Шляху. Хоча походження цих яскравих позагалактичних спалахів мілісекундної тривалості ще до кінця не вивчено, дослідники наближаються до розгадки таємниці з кожним новим відкриттям.

Цей ШРС, FRB 190520, виявився досить унікальним, щоб вважатися винятковим з усіх відомих ШРС.

По-перше, його було класифіковано як повторювач. Повторювач – це ШРС, який повторює свої імпульси випадковим чином. Як правило, ШРС непередбачувані, але повторювачі імовірніші, але також рідкісні. Завдяки повторюваній поведінці дослідники можуть краще сфокусуватися й спостерігати дані з відносною точністю й картографувати повторювані сплески, що допоможе в майбутніх спостереженнях. FRB 190520 є одним з найактивніших повторюваних ШРС, які коли-небудь спостерігалися.

Крім того, це лише другий локалізований ШРС із понад 20 локалізованих ШРС з постійним радіоджерелом, пов'язаним з ним. Локалізація – це коли розташування ШРС визначається дуже маленькою областю у просторі, пов'язуючи ШРС з галактикою-господарем поблизу його розташування. Спостереження за галактикою-господарем FRB 190520 показали, що вона знаходиться набагато ближче, ніж очікувалося.

Загалом він поводився зовсім не так, як інші ШРС, що викликало у команди нові запитання. Чому він відрізняється від інших? Що змушує його поводитися по-іншому? Чи пов'язана така поведінка із самим ШРС чи його галактикою-господарем? Чи може ця галактика-господар дати астрономам більше підказок, які б могли заповнити більше шматочків космологічного пазла?

Розберімося, як відбувалося відкриття.

Перший ШРС був виявлений у 2007 році шляхом аналізу архівних даних від обсерваторії Паркеса. Сплеск був названий сплеском Лорімера. Це відкрило двері для цілої області досліджень навколо ШРС.

FRB 190520 був виявлений дослідниками за допомогою FAST (Сферичний радіотелескоп з п'ятисотметровою апертурою) у 2019 році. У 2020 році група дослідників спостерігала FRB 190520 за допомогою обсерваторії VLA (Дуже великий масив Карла Янського) та виявила дивовижні характеристики, дуже унікальні для цього конкретного ШРС.

Пройшло 14 років, і нововідкритий FRB 190520 породив безліч нових питань.

Як визначити розташування ШРС?

Подібно до ефекту Доплера, астрономи використовують те, що зветься червоним зміщенням, або довжину хвилі світла, яка розтягується як звукові хвилі при русі крізь простір. Це нагадує звук, який видає машина швидкої допомоги: він змінюється й досягає піку за висотою тону, коли рухається у напрямку до вас, а потім знижується, коли віддаляється від вас. Аналогічно рухаються світлові хвилі. Світло зміщується до червоної сторони спектра для об'єктів, які знаходяться далеко та віддаляються від нас, що дозволяє астрономам вимірювати та розраховувати швидкість галактики щодо Землі.

Об'єднавши все, що їм було відомо про ШРС, команда використовувала систему спостереження Realfast на VLA для огляду та збору даних, де вони виявили постійне радіоджерело (ПРД), пов'язане з FRB 190520. Використовуючи положення ШРС за допомогою системи Realfast, команда провела пошук галактики-господаря та визначила, що це карликова галактика на відстані ~0,2. Команда не впевнена, чи пов'язане ПРД з ШРС або з чимось, що знаходиться поруч із ШРС у його оточенні. Існує безліч теорій навколо обох сценаріїв. Це початок кращого розуміння повторювачів, які також є співлокалізованими.

Розрахунки подорожі з використанням вимірювання дисперсії

Плазма, що займає "порожній" простір між зорями та галактиками, фактично викликає уповільнення світла, і цей ефект стає надзвичайнішим на низьких радіочастотах. Це призводить до того, що високочастотні сигнали приходять першими, а низькочастотні — пізніше, внаслідок чого ШРС демонструють низхідний "свист" в даних. Тривалість цього низхідного тону може бути використана для розрахунку кількості газу та матерії, через які він пройшов, що дає уявлення про те, наскільки далеко він виник. Міра дисперсії дає нам багато інформації про наш Всесвіт, тому що вона розповідає нам про розподіл електронів у просторі. У міру того, як імпульси від далекого ШРС проходять через матерію, таку як газ та плазма у Всесвіті, звуки імпульсів відскакують від електронів у міжгалактичному середовищі (за межами нашої галактики), викликаючи зміни в імпульсі. Астрономи можуть розрахувати дисперсію у межах Чумацького Шляху, нашої власної галактики. За межами Чумацького Шляху дисперсія у міжгалактичному середовищі невідома, тому дослідникам доводиться заповнювати прогалини розрахунковими оцінками. Можливо, у міжгалактичному середовищі ховається багато матерії – ще одна загадка на інший день.

Міра дисперсії FRB 190520

Обчисливши міру дисперсії, команда виявила, що вона дуже велика. Міра дисперсії (МД) використовується для оцінки того, наскільки далеко може бути ШРС, і, ґрунтуючись тільки на МД, він повинен був бути дуже далеко, але в поєднанні з червоним зміщенням він виявився зовсім не далеко — якраз навпаки. Він був дуже близько. На основі поточних спостережень, що використовують співвідношення червоного зміщення та МД, характеристики цього ШРС виявилися унікальними, навіть винятковими. Цей проривний розрахунок тепер ставить під сумнів зв'язок між МД та червоним зміщенням, який зазвичай застосовуються в аналізі ШРС для визначення відстаней до ШРС.

Викидень

FRB 190520 знову довелося доводити свою унікальність. Його МД була дуже великою, що зазвичай використовується для оцінки того, наскільки далеко може бути ШРС. Ґрунтуючись лише на МД, він мав бути дуже далеко, але червоне зміщення довело зворотне. Насправді він був дуже близько до Землі.

Якщо всі ШРС поводяться однаково, то ми можемо використовувати їх як середнє значення. Але якщо у нас є ШРС, що відхиляються, такі як FRB 190520, то середні значення не так рівномірно представлені. Іншими словами, це може призвести до того, що відоме середнє значення виявиться ширшим через явні відхилення.

За словами співавтора дослідження Кшітіджа Аґгарвала, FRB 190520 може відкинути геть початкові оцінки та припущення.

FRB 190520 є порталом суцільних невідомих. Цей викидень та його галактика-господар тепер відкрили більше питань про космічний світ швидких радіосплесків, заінтригувавши дослідників ще більшою науковою цікавістю. Дослідники використали ці ШРС, щоб зробити важливі висновки в інших галузях досліджень, що стосуються Всесвіту, таких як його еволюція. “Якщо підрахувати всі зорі, газ та інші об'єкти, що світяться, які ми можемо бачити, то, виходячи з космологічних спостережень, недостатньої матерії має бути більше, але у нас немає повних прямих вимірювань”, - пояснює співавторка Сара Берк-Сполаор. ШРС можуть зондувати простір між галактиками, допомагаючи заповнити ці невідомі деталі про міжгалактичне середовище, включаючи приховану матерію.

Що-небудь відбувається з FRB 190520, і ми хочемо знати більше! Галактика-господар або середовище навколо цього ШРС має щось унікальне, що може сприяти такій високій дисперсії. Локалізація — це ключ до кращого розуміння таких викиднів, як FRB 190520 шляхом точного визначення ШРС по батьківській галактиці та точної відстані до неї.

З кожним відкриттям головоломка стає все складнішою, пропонуючи все більше відповідей на питання, що стосуються еволюції Всесвіту й не тільки.

Хоча на даний час це аномалія, цілком можливо, що через п'ять або десять років її можна буде вважати нормальним явищем, оскільки буде розкрито більше деталей про повторювані ШРС, такі як FRB 190520.

Джерело: Університет Західної Вірджинії.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.