Учёные объяснили быстрые радиовсплески «звездотрясениями»
Астрофизики из Токийского университета представили доказательства того, что загадочные быстрые радиовсплески (FRB) могут быть следствием «звездотрясений» — мощнейших разломов коры нейтронных звезд. Сопоставив статистику тысяч космических сигналов с сейсмической активностью на Земле, исследователи выявили поразительные закономерности, которые меняют представление о природе этих явлений и открывают новый инструмент для изучения материи в экстремальных состояниях.
Сейсмическая активность на поверхности нейтронных звезд
Быстрые радиовсплески, длящиеся микросекунды, остаются одной из самых интригующих загадок современной астрономии. С момента их открытия в 2007 году было зафиксировано тысячи таких событий. Одни источники, такие как пульсары и магнетары, демонстрируют регулярную активность, в то время как другие производят лишь единичный импульс, после чего навсегда замолкают. Природа этих различий долгое время была предметом дискуссий.
Нейтронные звезды — это сверхплотные ядра, оставшиеся после коллапса массивных светил. Их масса сопоставима с солнечной, но сжата в сферу диаметром всего в несколько десятков километров. Магнетары, подкласс нейтронных звезд, обладают магнитными полями, в триллионы раз превосходящими земное. Именно они считаются наиболее вероятными кандидатами на роль источников повторяющихся FRB.
Ключевое открытие 2022 года и новый метод анализа
Переломный момент наступил в 2022 году, когда телескоп CHIME зафиксировал необычный FRB. Внешне он выглядел как одиночный всплеск, но детальный анализ показал, что он состоял из девяти отдельных импульсов, следовавших с интервалом около 215 миллисекунд. Источник сигнала был локализован вблизи поверхности магнетара. Тогда и возникла гипотеза, что причиной являются вибрации его коры — аналог землетрясения, но чудовищной мощности.
Японские ученые пошли дальше. Они применили к анализу FRB методы, используемые в сейсмологии. Для этого была обработана статистика 7000 сигналов от трех различных источников повторяющихся всплесков. Исследователи искали корреляции между временем и энергией событий, аналогично тому, как это делается при изучении землетрясений и солнечных вспышек.
Параллели между космическими и земными катаклизмами
Результаты сравнения оказались неожиданными. Между FRB и землетрясениями были обнаружены фундаментальные сходства. В частности, вероятность возникновения «афтершока» (повторного всплеска) после основного события составляет от 10% до 50%. Эта частота остается стабильной, даже если общая активность источника FRB или сейсмическая активность в регионе существенно меняется. При этом, как и в случае с землетрясениями, корреляция между энергией основного толчка и афтершоков отсутствует.
Такая статистическая картина является прямым указанием на то, что кора нейтронных звезд является твердой, хрупкой и подвержена внезапным разломам. Высвобождающаяся при этом колоссальная энергия магнитного поля и порождает наблюдаемые радиоимпульсы.
Ранее, в 2020 году, телескопы CHIME и STARE2 зафиксировали FRB от источника SGR 1935+2154, который был известен как генератор мягких гамма-всплесков. Это стало первым прямым подтверждением связи магнетаров с быстрыми радиовсплесками. Другие, не повторяющиеся FRB, могут быть результатом более катастрофических событий, таких как коллапс нейтронной звезды в черную дыру (так называемый блицар), который происходит при слиянии двух нейтронных звезд.
Новое исследование не только приближает ученых к разгадке природы FRB, но и предоставляет уникальный метод для изучения физики сверхплотной материи. Анализируя «звездотрясения», астрофизики получают возможность заглянуть внутрь нейтронных звезд и понять, как ведут себя фундаментальные законы ядерной физики в условиях, которые невозможно воспроизвести в земных лабораториях. Более того, понимание механизмов FRB может пролить свет и на механизмы обычных землетрясений, несмотря на колоссальную разницу в масштабах и условиях.
