Ученые описали процесс возникновения радиовсплесков в космосе и уточнили их частоту
Быстрые радиовсплески в космосе представляют собой кратковременные импульсы длительностью одна тысячная доля секунды. На данный момент на вопрос о природе их возникновения у научного сообщества нет однозначного ответа, астрофизики предлагают различные гипотезы происхождения подобных явлений. Одна из версий связывает радиовсплески с магнитарами, нейтронными звездами с экстремально сильными магнитными полями, которые в 1015 раз превосходят земное. Российским ученым удалось подтвердить эту гипотезу многомерными численными расчетами на суперкомпьютерах. Исследование провели Максим Барков, ведущий научный сотрудник отдела физики и эволюции звезд подведомственного Минобрнауки России Института астрономии РАН (ИНАСАН), и Сергей Попов, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ).
На поверхности магнитаров происходит пересоединение магнитного поля с выделением громадного количества энергии, которое сопровождается вспышками. Если вспышка происходит вблизи магнитного полюса, то при взаимодействии с ударной волной вспышка может привести к формированию быстрого всплеска в радиодиапазоне. Эти короткие события, длящиеся тысячную долю секунды, несут энергию, сопоставимую с той, которую Солнце излучает за год. В одном из самых изученных источников FRB 180916 всплески происходят один раз с периодичностью в 16 дней.
Российские астрономы показали, что в то время, когда спиральная ударная волна на луче зрения находится ближе к магнитару — видно излучение на 1 ГГц, а когда спираль удаляется, то частота излучения падает до 100 МГц, что отлично согласуется с ранее описанными наблюдениями других ученых.
Напомним, что большинство звезд во Вселенной двойные — они связаны гравитацией в тесную двойную систему и вращаются вокруг общего центра масс. Более массивная звезда в системе эволюционирует быстрее и взрывается как сверхновая, то есть резко увеличивая свою яркость 106–109 раз на несколько недель, а вторая звезда остается невредимой. В результате взрыва сверхновой может образоваться магнитар — это нейтронная звезда с экстремально сильным магнитным полем. Оба компонента двойной системы обладают звездным ветром: ветер магнитара разреженный и прозрачный для радиоизлучения, а ветер второго компонента — плотный и непрозрачный. Со временем эти ветра смешиваются и образуют спиралевидную оболочку вокруг двойной системы. На границе раздела ветров находится ударная волна.
Сергей Попов из ГАИШ МГУ работал над физикой быстрых радиовсплесков практически с момента их обнаружения в 2007 году и был одним из первых, кто высказался об их возможной связи со вспышками магнитаров. Второй участник исследования, ведущий научный сотрудник ИНАСАН Максим Барков, рассказал, что после выхода в 2020 году статьи с описанием открытия периодических радиовсплесков, он с соавторами высказал идею, что эта периодичность может быть связана с поглощением радиоизлучения в ветре массивной звезды в паре с магнитаром.
«Однако вопрос о том, где рождается излучение — вдали или в магнитосфере самого магнитара — оставался открытым. Более года мы пытались решить эту задачу, и вот, использовав результаты Сергея Корягина из Федерального исследовательского центра Института прикладной физики РАН о свойствах излучения мазерного синхротрона, нам это удалось. В 2022 году вместе с Сергеем Поповым мы применили предложенную модель излучения для быстрых радиовсплесков к результатам моделирования взаимодействия пульсарного и звездных ветров в двойных системах с большим эксцентриситетом», — прокомментировал результаты исследования Максим Барков.
Ученые смогли описать и воспроизвести как длительность видимости радиовспышек, так и эволюцию частот самих вспышек. В будущем научный коллектив планирует развивать предложенную модель излучения, а также исследовать взаимодействие магнитарных вспышек с ветром двойной системы. Результаты исследования опубликованы в одном из научных журналов.
Рисунок слева: схема двойной системы с магнитаром, нормальная звезда — желтый кружок, магнитар находится на эллиптической орбите, он окружен ударной волной. Направление на наблюдателя показано красной стрелкой.
Рисунок посередине: широкие окрестности двойной системы (точка в центре), цветом показана спиральная ударная волна, стрелками — направление движения вещества.
Рисунок справа: зависимость частоты радиовсплеска от времени. Темно-синее — излучения нет, голубой цвет показывает интервал прозрачности для излучения на 1 ГГц, белым показан интервал прозрачности для 100 МГц.
