Быстрые радио-всплески (FRB) стали основным направлением исследований в последнее десятилетие. В радиоастрономии это явление относится к переходным радиоимпульсам, исходящим из отдаленных космологических источников, которые обычно длятся в среднем всего несколько миллисекунд. С тех пор, как первое событие было обнаружено в 2007 году («взрыв Лоримера»), было обнаружено тридцать четыре FRB, но ученые до сих пор не уверены, что их вызывает.
С теориями, начиная от взрывающихся звезд и черных дыр до пульсаров и магнитаров - и даже сообщений, поступающих от внеземного интеллекта (ETIs) - астрономы решили больше узнать об этих странных сигналах. А благодаря новому исследованию, проведенному группой австралийских исследователей, которые использовали австралийский квадратный километраж Array Pathfinder (ASKAP), количество известных источников FRB почти удвоилось.
Исследование, которое детализирует их исследование, которое недавно появилось в журнале Природа, возглавлял д-р Райан Шеннон - исследователь из Технологического университета Суинберна и Центра передового опыта ARC OzGrav - и включал в себя членов Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR), Австралийского национального фонда телескопов (ATNF), ARC Центр передового опыта астрофизики All-Sky (CAASTRO) и несколько университетов.
Как они заявляют в своем исследовании, попыткам понять FRB в целом препятствовал ряд факторов. Например, предыдущие поиски проводились с помощью телескопов, которые различаются по чувствительности, на диапазоне различных радиочастот и в средах с различными уровнями радиочастотных помех, которые являются результатом человеческой деятельности.
Во-вторых, прошлые поиски были осложнены переходной природой источников и плохим угловым разрешением детектирующих приборов, что привело к неопределенности в отношении источников FRB и их яркости. Чтобы решить эту проблему, команда провела хорошо контролируемый радиопросмотр широкого поля для серии всплесков, которые были обнаружены в 2016 году и прослежены до карликовой галактики, расположенной на расстоянии 3,7 миллиардов световых лет.
Команда провела это исследование, используя массив ASKAP, самый быстрый в мире телескоп для радиообследования, расположенный в западной Австралии. Разработанный и спроектированный Организацией научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO), массив ASKAP состоит из 36 «тарельчатых» антенн, которые расположены на участке протяженностью 6 км (3,7 мили) в диаметре.
Используя этот массив, который является предшественником будущего телескопа «Квадратный километраж» (SKA), исследовательская группа исследовала вспышки, исходящие от этого далекого космологического источника. В дополнение к обнаружению большего количества FRB за один год, чем в любом предыдущем опросе, они также отметили, что сигналы поступают из источников гораздо дальше, чем считалось ранее. Как доктор Шеннон объяснил в пресс-релизе ICRAR:
«Мы обнаружили 20 быстрых радиовсплесков в год, почти вдвое увеличивая количество обнаруженных по всему миру с момента их обнаружения в 2007 году. Используя новую технологию австралийского квадратного километража (ASKAP), мы также доказали, что быстрые радиовсплески приходят с другой стороны Вселенной, а не из нашего собственного галактического соседства ».
Последующие наблюдения, проведенные между 8 и 46 днями после первоначальных обнаружений, показали, что ни один из всплесков не повторялся. Среди обнаруженных ими 20 всплесков также были обнаружены ближайшие источники, не говоря уже о самых ярких. Их результаты также показали, что существует связь между дисперсией вспышки и яркостью, а также интенсивностью и расстоянием.
Причина этого связана с тем, что более дальние вспышки проходят за миллиарды световых лет до достижения Земли. В ходе своего путешествия они проходят через материал, расположенный между источником и Землей (например, газовые облака), который оказывает на них влияние. Как объяснил д-р Жан-Пьер Маккарт из университета ICRAR в Университете Кертина, соавтор статьи:
«Каждый раз, когда это происходит, различные длины волн, которые составляют пакет, замедляются на разные величины. В конце концов, вспышка достигает Земли с ее распространением длин волн, прибывающих в телескоп в несколько разное время, подобно пловцам на финишной прямой. Сроки прихода различных длин волн говорят нам, сколько материала прошло взрыв в своем путешествии. И поскольку мы показали, что быстрые радиовсплески исходят издалека, мы можем использовать их для обнаружения всего недостающего вещества, находящегося в пространстве между галактиками, что является действительно захватывающим открытием ».
Благодаря этой последней группе открытий ученые теперь понимают, что обнаруженные до сих пор FRB возникли на другой стороне космоса, а не в нашей галактике. Однако мы все еще не приблизились к определению причин их возникновения и галактик. Но с помощью исследовательской выборки, которая в настоящее время состоит из 48 обнаружений, исследователи, вероятно, узнают намного больше в ближайшие годы.
Для доктора Шеннона и его исследовательской группы следующая задача будет заключаться в том, чтобы точно определить местоположение вспышек в небе. «Мы сможем локализовать вспышки с точностью до тысячной доли», - сказал он. «Это примерно ширина человеческого волоса, видимого в десяти метрах, и достаточно хорошая, чтобы привязать каждый всплеск к определенной галактике».
В то же время ожидается, что изучение FRB приведет к крупным прорывам в астрономии. Уже сейчас группа исследователей CSIRO использовала обсерваторию Паркс в Австралии для обнаружения FRB в 2016 году, что затем наблюдалось несколькими обсерваториями по всему миру. В результате команда смогла определить источник (эллиптическая галактика на расстоянии 6 миллиардов световых лет) и определить красное смещение сигнала.
Этот беспрецедентный подвиг позволил исследовательской группе измерить плотность промежуточного вещества между этой галактикой и Землей, что подтвердило правильность наших текущих моделей измерения плотности вещества во Вселенной. Другими словами, команда смогла найти «недостающее вещество» Вселенной, используя FRB в качестве измерительной палочки. Или, как сказал доктор Жан-Пьер Маккарт, старший преподаватель Университета Кертин и один из ученых, ответственных за открытие:
«[FRB] - это, по сути, физические лаборатории, которые исследуют крайности вещества и энергии, к которым мы не можем получить доступ в наземных лабораториях. И именно такая физика будет определять будущие достижения в технологиях в будущих поколениях ».
Недавние исследования также определили, что FRB являются очень распространенным космологическим событием, которое происходит примерно раз в секунду в нашей Вселенной. Вскоре появятся мощные инструменты наблюдения, такие как квадратный километраж (SKA), Большой латиноамериканский миллиметровый массив (LLAMA) и радиотелескоп Qitai 110m, - ученые наверняка увидят еще много FBR в ближайшем будущем.
С каждым новым обнаружением мы узнаем больше о причинах этих странных вспышек и о том, как их можно использовать, чтобы открыть тайны нашей Вселенной. В то же время, обязательно ознакомьтесь с этим интервью с доктором Шенноном и командой исследователей, любезно предоставленной CSIRO:
