Новое исследование международной группы ученых определяет поляризацию как ключевую черту, которая может раскрыть происхождение мощных космических радиовзрывов продолжительностью в миллисекунды.
Спустя почти 15 лет после открытия быстрых радиовсплесков (FRB) происхождение миллисекундных космических взрывов в глубоком космосе остается загадкой.
Это может вскоре измениться благодаря работе международной группы ученых, в том числе астрофизика UNLV Бинга Чжана, которая отследила сотни всплесков из пяти различных источников и нашла подсказки в поляризационных картинах FRB, которые могут раскрыть их происхождение. Выводы группы были опубликованы в выпуске журнала Science от 17 марта 2022 года .
FRB производят электромагнитные радиоволны, которые, по сути, представляют собой колебания электрических и магнитных полей в пространстве и времени. Направление колеблющегося электрического поля описывается как направление поляризации. Анализируя частоту поляризации FRB, наблюдаемых из разных источников, ученые выявили сходство в повторяющихся FRB, которые указывают на сложную среду вблизи источника всплесков.
«Это важный шаг к пониманию физического происхождения FRB», — сказал Чжан, выдающийся профессор астрофизики UNLV, соавтор статьи и внесший свой вклад в теоретическую интерпретацию явлений.
Чтобы установить связь между всплесками, международная исследовательская группа под руководством И Фэна и Ди Ли из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук проанализировала поляризационные свойства пяти повторяющихся источников FRB, используя массивную пятисотметровую апертуру. Сферический радиотелескоп (FAST) и телескоп Грин-Бэнк Роберта К. Берда (GBT). С тех пор, как FRB были впервые обнаружены в 2007 году, астрономы всего мира обратились к мощным радиотелескопам, таким как FAST и GBT, чтобы проследить всплески и найти подсказки о том, откуда они берутся и как они образуются.
Хотя все еще считается загадочным, широко распространено мнение, что источником большинства FRB являются магнетары, невероятно плотные нейтронные звезды размером с город, которые обладают самыми сильными магнитными полями во Вселенной. Обычно они имеют почти 100% поляризацию. И наоборот, во многих астрофизических источниках, включающих горячую случайную плазму, таких как Солнце и другие звезды, наблюдаемое излучение неполяризовано, потому что колеблющиеся электрические поля имеют случайную ориентацию.
Вот где начинается космическая детективная работа.
В исследовании, первоначально опубликованном в прошлом году в журнале Nature , FAST обнаружил 1652 импульса от активного ретранслятора FRB 121102. всплески, обнаруженные с помощью FAST в его полосе частот, были поляризованы, несмотря на то, что FAST был крупнейшим радиотелескопом с одной тарелкой в мире.
«Мы были очень озадачены отсутствием поляризации», — сказал Фэн, первый автор недавно опубликованной статьи Science . «Позже, когда мы систематически изучали другие повторяющиеся FRB с помощью других телескопов в разных диапазонах частот, особенно в тех, которые выше, чем у FAST, возникла единая картина».
По словам Чжана, общая картина состоит в том, что каждый повторяющийся источник FRB окружен сильно намагниченной плотной плазмой . Эта плазма производит различное вращение угла поляризации в зависимости от частоты, и принимаемые радиоволны приходят по нескольким путям из-за рассеяния волн плазмой.
Когда команда учитывала только один регулируемый параметр, говорит Чжан, множественные наблюдения выявили систематическую эволюцию частоты, а именно деполяризацию в сторону более низких частот.
«Такое простое объяснение всего с одним свободным параметром может стать важным шагом на пути к физическому пониманию происхождения повторяющихся FRB», — говорит он.
Ди Ли, соответствующий автор исследования, соглашается с тем, что анализ может стать краеугольным камнем в решении космической головоломки FRB. «Например, чрезвычайно активные FRB могут быть отдельной популяцией», — говорит он. «С другой стороны, мы начинаем видеть эволюционную тенденцию в FRB, когда более активные источники в более сложных условиях являются более молодыми взрывами».
Исследование «Частотно-зависимая поляризация повторяющихся быстрых радиовсплесков — значение для их происхождения» появилось 17 марта в журнале Science. Он включает 25 соавторов из 11 учреждений и является частью долгосрочного сотрудничества между учреждениями. Помимо UNLV и NAOC, сотрудничающие учреждения также включают Юньнаньский университет, Принстонский университет , Университет Западного Сиднея, Пекинский университет и обсерваторию Грин-Бэнк, США.