Астрономы были удивлены, обнаружив быстрый радиовсплеск в шаровом скоплении. Ученые считают, что загадочные вспышки радиоволн миллисекундной продолжительности возникают на новорожденных нейтронных звездах. Но все дело в том, что звезды в шаровых скоплениях почти так же стары, как и сама Вселенная.
“Это действительно удивительный результат», — говорит Нанда Ри (Институт космических наук, Испания), который не участвовал в исследовании. “Что делает молодая нейтронная звезда в шаровом скоплении?”
Быстрые радиовсплески (FRBS) были впервые обнаружены в 2007 году. Примерно за тысячную долю секунды они выделяют столько же энергии, сколько Солнце за несколько дней. По всей наблюдаемой Вселенной каждый день срабатывают многие сотни FRB, но их трудно поймать. Мы не знаем, где и когда произойдет следующий, и большинство радиотелескопов имеют очень маленькое поле зрения, как если бы мы наблюдали за Вселенной через соломинку для питья. (Исключением является канадский телескоп CHIME, чье огромное поле зрения позволило обнаружить сотни FRB на сегодняшний день.)
К счастью, некоторые FRB являются повторителями – верный признак того, что “двигатель”, который производит всплески, не полностью уничтожен в этом случае. С небольшим терпением и удачей астрономы могут изучать несколько всплесков из одного и того же источника, просто направляя свои инструменты на местоположение одного из двух десятков известных ретрансляторов.
Это именно то, к чему привело сотрудничество во главе с Францем Кирстеном (Космическая обсерватория Онсала, Швеция) сделало в прошлом году. Используя 12 радиотелескопов Европейской сети интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI), они наблюдали местоположение FRB 20200120E, быстрого радиовсплеска на окраине спиральной галактики M81 на расстоянии около 12 миллионов световых лет в Большой Медведице. “Это ближайший внегалактический FRB, известный на сегодняшний день”, — говорит Кирстен. (В 2020 году астрономы обнаружили FRB с низкой светимостью в нашем собственном Млечном Пути.) В период с февраля по апрель 2021 года команда обнаружила в общей сложности пять всплесков.
Используя интерферометрию, команда точно определила положение ретранслятора на небе с точностью до 1, 25 миллиуговой секунды. Они были удивлены, увидев, что энергетические вспышки возникли в одном из многих шаровых скоплений M81. В сегодняшней природе (препринт доступен здесь) исследователи утверждают, что вероятность случайного выравнивания составляет менее одного из 6000, заключая, что ассоциация является “надежной”.
И вот где начинается головоломка. Существует достаточно доказательств того, что быстрые радиовсплески происходят на магнетарах или вокруг них – новорожденных и сильно намагниченных нейтронных звездах.
Но это означало бы относительно недавний взрыв сверхновой в шаровом скоплении: “Наиболее распространенным и вероятным сценарием образования магнетаров является коллапс ядра сверхновой”, — говорит Кирстен.
Тем не менее, сверхновые с коллапсом ядра — это конечные детонации массивных звезд. И поскольку массивные звезды имеют короткую жизнь, вы не ожидаете взрывов сверхновых в шаровых скоплениях: глобуляры образовались в ранней юности Вселенной, поэтому любые массивные звезды, которые они могли содержать, стали бы сверхновыми много миллиардов лет назад.
Наиболее вероятным объяснением, по мнению исследователей, является то, что магнетар сформировался другим способом. Поскольку шаровые скопления имеют высокую звездную плотность, ожидается, что они содержат много плотных двойных звезд. Если бы белый карлик откачал массу от звездного компаньона, он мог бы получить достаточно, чтобы рухнуть в нейтронную звезду.
Другой альтернативой является слияние, скажем, двух белых карликов, белого карлика и нейтронной звезды или, может быть, даже двух нейтронных звезд с низкой массой. Любое такое столкновение также может привести к дальнейшему коллапсу и рождению сильно намагниченной нейтронной звезды.
Но Ри, который является экспертом по магнетарам, говорит, что нет однозначных доказательств того, что нейтронные звезды могут образовываться в результате коллапса, вызванного аккрецией, или коллапса, вызванного слиянием. “Пока это только теория”, — говорит она, добавляя, что этот конкретный FRB мог произойти от чего-то другого.
Быстрые радиовсплески в шаровых скоплениях могут оказаться обычным явлением. FRB 20200120E-это “довольно низкояркий FRB»,-отмечает Кирстен. “Это не было бы обнаружено, если бы оно было на расстоянии следующего ближайшего FRB”. По словам Ри, “их может быть много. Трудно сказать на основе только одного примера.”
Быстрое мерцание в взрыве
В другой статье, опубликованной сегодня в Nature Astronomy, Кензи Ниммо (ASTRON Netherlands Institute for Radio Astronomy) и коллеги представляют доказательства чрезвычайно коротких “суб-всплесков” в том же FRB: изолированные снимки излучения, которые длятся всего 60 наносекунд. Такие короткие вспышки могут указывать на невероятно маленькую излучающую область – возможно, всего несколько десятков метров в поперечнике.
Мощные суб-всплески напоминают нано-выстрелы, подмножество коротких гигантских радиоимпульсов, наблюдаемых от пульсара Краба, нейтронной звезды менее 1000 лет. Сходство предполагает связь между молодыми пульсарами и быстрыми радиовсплесками. Магнитные завихрения и щелчки в магнитосферах нейтронных звезд могут играть роль в обоих явлениях. Однако точный механизм излучения нано-выстрелов Краба и быстрого мерцания FRB 20200120E до сих пор неизвестен.
Однако ясно одно: быстрые радиовсплески — это разнообразная группа. Они охватывают широкий диапазон радиосветимости и были обнаружены в массивных звездообразующих галактиках, в маленьких карликовых галактиках и в спиралях среднего размера — в звездных питомниках, но также и в звездных домах престарелых. По-видимому, двигатели, которые приводят их в действие, могут рождаться различными способами.
