Астрономы начинают постигать природу быстрых радиоимпульсов

Быстрый радиоимпульс, достигающий Земли, в представлении художника. Цвета отображают разные длины волн √ длинные волны (красный) прибывают через несколько секунд после коротких (синий).

Иллюстрация Jingchuan Yu, Beijing Planetarium.

Быстрые радиоимпульсы – краткие, но сильные "выбросы" космических радиоволн – озадачили астрономов, когда были впервые зафиксированы почти десять лет назад. Похоже, что они исходят из дальней части Вселенной, но ни одно из этих загадочных событий до сих пор не позволяло учёным выяснить детали их возникновения.

На сей раз команда астрономов изучила более 650 часов архивных данных Национального научного фонда телескопа Грин-Бэнк и обнаружила самую подробную запись в истории быстрых радиоимпульсов.

Исследование показало, что всплеск возник внутри сильно намагниченной области пространства, возможно, в недавно вспыхнувшей сверхновой или же внутри туманности с активным звёздообразованием.

"Теперь мы знаем, что этот быстрый радиовсплеск происходил из плотной, намагниченной области вскоре после её образования, – комментирует Киёси Масуи (Kiyoshi Masui), астроном из Университета Британской Колумбии. – Это значительно сужает вероятные типы события и окружающую среду, которые могли стать источником всплеска".

Импульс длится лишь доли секунды, но содержит в себе феноменальное количество энергии. Причём появляются такие импульсы на разных участках неба. Несмотря на то, что учёными было зарегистрировано не так много подобных событий, они подозревают, что на самом деле наблюдаемая Вселенная ежедневно "сотрясается" от тысяч таких всплесков.

Астрономы сосредоточились на изучении зафиксированного 23 мая 2011 года импульса FRB 110523 посредством узкоспециализированного программного обеспечения, разработанного Масуи и его коллегой Джонатаном Сиверсом (Jonathan Sievers) из Университета Квазулу-Натал в Дурбане (Южная Африка).

Записанные данные общим объёмом в 40 терабайтов было непросто анализировать, особенно учитывая тот факт, что чёткий сигнал радиоимпульсов "расплывается" во время своего путешествия через космическое пространство.

Такое размытие радиосигнала, известное как дисперсия задержка импульса, часто используется для оценки расстояния в радиоастрономии: чем больше дисперсия, тем дальше объект от Земли. В данном случае дисперсия указала, что быстрый радиоимпульс возник примерно в 6 миллиардах световых лет от Земли.

Дисперсия часто скрывает присутствие быстрых радиоимпульсов в архивных радиоданных. Но новое программное обеспечение учёных сокращает время, затрачиваемое на анализ данных, а также устраняет эффекты дисперсии, восстанавливая всплеск в его первоначальном виде.

Программы используются для первоначальной фильтрации данных. Они способны зафиксировать любой сигнал, который может оказаться быстрым радиоимпульсом. Благодаря автоматическому анализу более 6000 возможных быстрых радиоимпульсов были изучены командой Сю-Сянь Линя (Hsiu-Hsien Lin) из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге. В ходе более подробного анализа остался лишь один кандидат.

Этот сигнал содержал более подробную информацию о поляризации, нежели другие, ранее выявленные сигналы. До этого была обнаружена лишь круговая поляризация быстрых радиоимпульсов, в новом же исследовании удалось выявить и линейную.

"Изучив невероятно массивный набор данных, мы нашли своеобразный сигнал, который соответствовал всем известным науке характеристикам быстрого радиовсплеска, но при этом обладал дополнительным элементом поляризации, чего мы никогда ранее не видели", – комментирует один из соавторов исследования Джеффри Петерсон (Jeffrey Peterson).

Поляризация — это одна из характеристик электромагнитного излучения, в том числе света и радиоволн. Она позволяет отфильтровывать часть волн. Так, поляризационные солнцезащитные очки, например, используют это свойство, чтобы блокировать часть солнечных лучей, а в 3D-фильмах с его помощью достигается иллюзия объёмности картинки.

Исследователи использовали этот параметр, чтобы определить, как излучение быстрого радиовсплеска испытывает на себе эффект Фарадея — поляризация света меняется, проходя через мощное магнитное поле.

"Таким образом, мы получаем какую-то информацию о магнитном поле, через которую свет путешествовал по пути к нам, и можем представить, в какой среде произошёл данный всплеск, – объясняет Масуи. – Кроме того, измерения дисперсии задержки импульса могут быть использованы для определения нижнего предела размера области источника. В данном случае измерения исключили возможность того, что быстрый радиоимпульс появился в нашей галактике, а также продемонстрировали, что он родился в другой галактике".

Дальнейший анализ сигнала показал, что он также прошёл через два различных региона ионизированного газа на своём пути к Земле. Используя эти данные, астрономы смогли определить относительное местоположение этих регионов. Самый сильный находился крайне близко к самому всплеску (всего в ста тысячах световых лет, вероятно, внутри галактики-источника). Такой след могут оставить лишь два явления: туманность вокруг источника или же окружающая среда рядом с галактическим центром.

В дальнейшем с помощью новых инструментов учёные планируют изучать и другие архивные данные, обнаружить больше примеров и приблизиться к пониманию быстрых радиоимпульсов.

Научная статья группы Масуи была опубликована журналом Nature.