Ці загадкові спалахи з далеких просторів космосу - Sciences et Avenir

Опубліковано 25.01.2020 об 11h00

За мілісекунду вони випромінюють стільки енергії, скільки Сонце за день. Понад десять років швидкі радіостанції заінтригували дослідників, які досі не знають, через які явища вони зумовлені. Ця стаття виходить зі спеціального випуску № 200 of Sciences et Avenir "Нова історія космосу" від січня-лютого 2020 р.

Радіотелескоп Parkes в Австралії був першим, хто зафіксував таємничі затяжки на початку 2000-х.

"Це одна з найбільш захоплюючих таємниць останніх років. Один із сюрпризів, який Всесвіт все ще нас чекає!", - говорить Джоселін Белл. А коли йдеться про космічні знахідки, британський астрофізик знає про це все! У 1967 році саме вона відкрила перші пульсари, ці дуже компактні зірки, що випромінюють, як небесні маяки. Але зараз її хвилюють інші сигнали з далеких просторів космосу: загадкові радіоспалахи надзвичайної інтенсивності, які з’являються і зникають по небу за мілісекунди. Виявлені в 2007 році, вони продовжують кидати виклик уяві астрофізиків.

За кілька років ціла спільнота радіоастрономів пішла їхнім шляхом. Одна з цих учених, Емілі Петрофф, з Амстердамського університету (Нідерланди), веде реєстр виявлених спалахів на сьогоднішній день: "Їх кількість майже подвоїлася за два роки і зараз досягає близько 100, 2019 рік був особливо плідним . "

Щоб зрозуміти хвилювання навколо цих сигналів, нам слід повернутися до 2007 року, коли вони були виявлені. У той час Дункан Лорімер з Університету Західної Вірджинії (США) намагався знайти дуже яскраві пульсари в галактиках, розташованих за 200 000 світлових років від Чумацького Шляху, Магелланових Хмар. Він довірив одному зі своїх учнів Девіду Наркевичу повторне вивчення цілого набору даних, записаних шістьма роками раніше австралійським радіотелескопом Parkes. "Одного разу Девід прийшов до мене з єдиним знайденим ним сигналом ... і яким сигналом! Це було схоже ні на що інше: він світив у сто разів яскравіше, ніж усі інші сигнали на небі протягом декількох мілісекунд. Повна несподіванка. Бо вважалося, що найінтенсивніші шоу вже були помічені ".

Друга причина здивування: "Хоча ми не могли точно визначити джерело шоу, його форма підказувала нам, що воно пройшло кілька мільярдів світлових років", - говорить Дункан Лорімер. Потім він усвідомлює, що перед очима має прояв невідомого космічного явища, що виходить із дуже далекого Всесвіту ...

"Це одна з найбільш захоплюючих таємниць останніх років. Один із сюрпризів, який Всесвіт все ще нас чекає!", - говорить Джоселін Белл. А коли справа стосується космічних знахідок, британський астрофізик знає про це все! У 1967 році саме вона відкрила перші пульсари, ці дуже компактні зірки, що випромінюють, як небесні маяки. Але зараз її хвилюють інші сигнали з далеких просторів космосу: загадкові радіоспалахи надзвичайної інтенсивності, які з’являються і зникають по небу за мілісекунди. Виявлені в 2007 році, вони продовжують кидати виклик уяві астрофізиків.

Щоб зрозуміти хвилювання навколо цих сигналів, нам слід повернутися до 2007 року, коли вони були виявлені. У той час Дункан Лорімер з Університету Західної Вірджинії (США) намагався знайти дуже яскраві пульсари в галактиках, розташованих за 200 000 світлових років від Чумацького Шляху, Магелланових Хмар. Він довірив одному зі своїх учнів Девіду Наркевичу переглянути цілий набір даних, записаних шістьма роками раніше австралійським радіотелескопом Parkes. "Одного разу Девід прийшов до мене з єдиним знайденим ним сигналом ... і яким сигналом! Це було схоже ні на що інше: він світив у сто разів яскравіше, ніж усі інші сигнали на небі протягом декількох мілісекунд. Повна несподіванка. Бо вважалося, що найінтенсивніші шоу вже були помічені ".

Втручання через ... мікрохвильову піч

Однак "Вибух Лорімера", як його пізніше називатимуть, довгі роки залишався незрозумілою цікавістю. Деякі навіть сумніваються в реальності явища, особливо, оскільки перешкоди ... мікрохвильової печі дискредитували вимірювання. Але в 2013 році, знову ж таки завдяки телескопу Паркеса, Ден Торнтон з Університету Манчестера (Великобританія) виявив чотири нові сплески, що дивно нагадують Лорімер. Вони мають однакову характеристику: низькі частоти сигналу надходять далеко після високих частот. Цей сильний зсув свідчить про дуже далеке походження. І передбачає колосальну енергію, щоб сигнал дійшов до нас. "За тисячні частки секунди виділяється принаймні кількість енергії, яку випромінює Сонце за день", - пояснює Емілі Петрофф. Результати також показують, що ці спалахи можуть відбуватися де завгодно на небі. Астрофізики підрахували, що один трапляється щохвилини десь у Всесвіті! Цього разу сумніви згасають. Це справді новий вид космічного явища, яке Ден Торнтон називає Fast Radio Burst. Народжувались FRB, швидкі радіо-сплески.

Але ось у 2016 році чергове відкриття перетасовує карти. «Найперший ретранслятор!» - вигукує Вікторія Каспі, директор Космічного інституту Макгілла в Університеті Макгілла в Канаді. У той час дослідник вів програму спостережень у телескопі Аресібо. Разом зі своїми колегами вона слідкує за джерелом у 2015 році, яке спалахнуло 11 лютого 2012 року - звідси його кодова назва, FRB 121102 - коли команда зафіксувала десять нових спалахів, шість з яких лише за десять хвилин. Там у неї є новий зразок FRB, який можна розташувати завдяки численним спалахам: джерело розташоване на відстані 2,5 мільярдів світлових років від Землі.

Цей прорив змушує астрофізиків змінити свою точку зору. Початок можна повторити, лише якщо явище, яке його породжує, продовжується. Отже, вийти з катаклізмічних сценаріїв, що означають смерть зірки? Так ... якщо немає двох типів FRB: один унікальний, інший повторюваний. Чи варто розглядати два механізми? І якщо це лише одне і те ж явище, чому ми не бачимо більше ретрансляторів? Обговорення йдуть добре.

Від джерела 3,6 мільярда світлових років

Чи може досягнення приладів спостереження допомогти розвіяти таємницю? Тоді радіоастрономія переживає повне відродження: антенні мережі, що поєднують тисячі сигналів - інтерферометри - відкривають нові можливості. Вікторія Каспі зрозуміла це дуже швидко: "Приблизно в той же час мої канадські колеги працювали над будівництвом нового типу радіотелескопа" Chime "поблизу Пентіктона, Канада, присвяченого вивченню самих початків ефіру." Всесвіт " ... Я зрозумів, що він може виявити і FRB, за умови, що ми переглянемо його дизайн ... і на кілька мільйонів доларів більше ". З 2017 року компанія Chime, оснащена чотирма напівциліндричними антенами, розташованими на висоті понад 400 метрів, щодня охоплює все північне небо. Завдяки цьому пристрою та його понад тисячі датчиків, поле його зору в 100 - 200 разів більше, ніж у звичайних супутникових антен.

Результати не очікуються. У січні 2019 року команда оголосила не тільки про тринадцять нових сплесків, але і про другий ретранслятор: FRB 180814, який видав шість спалахів між серпнем і жовтнем 2018 року. У серпні 2019 року це публікація восьми додаткових ретрансляторів! Канадські астрофізики також стверджують, що виявили сотні унікальних сплесків. Але Chime ще не дозволяє точно визначити їх місцезнаходження.

З іншого боку земної кулі, в Австралії, інтерферометр Аскап також розпочав полювання на FRB у 2017 році. Він уже помітив близько тридцяти спалахів, включаючи новий репітер, також оголошений в серпні 2019 року. Загалом понад десять радіотелескопів відстежують FRB. Ще одне досягнення - Askap, перше точне місце одиночного сплеску! Його джерело знаходиться на відстані 3,6 мільярда світлових років, на краю великої спіральної галактики. На відміну від ретранслятора FRB 121102, розташованого в дуже активній зоні, цей - FRB 180924 - походить із набагато спокійнішого середовища і не дуже сприятливий для молодих нейтронних зірок. Це може підтвердити гіпотезу про існування двох типів FRB. Тим більше, що, за словами Вікторії Каспі, ретранслятори, побачені Чіме, схоже, мають інші характеристики, ніж одиночні сплески.

Щоб прийняти рішення, потрібно було б мати можливість виявити всі сплески. "Ми лише на початку", - стверджує Дункан Лорімер. Дослідник робить ставку на тисячі вияв на 2025 рік, і до 2030 року ці сплески слугуватимуть зондом для сканування далекого Всесвіту! Далі буде…

Автор Елен Ле Мер