Вперше астрономи пов’язали радіосплеск із гравітаційними хвилями

Дві нейтронні зірки, що зіткнулися, — кожна з яких є надщільним ядром зірки, що вибухнула — спричинили спалах гравітаційних хвиль, коли вони злилися в «надмасивну» нейтронну зірку. Ми виявили, що через дві з половиною години вони створили FRB, коли нейтронна зірка колапсувала в чорну діру. Принаймні так ми думаємо. Ключовий доказ, який міг би підтвердити або спростувати нашу теорію — оптичний або гамма-спалах, що йде з напрямку швидкого радіоспалаху — зник майже чотири роки тому. За кілька місяців у нас може бути ще один шанс дізнатися, чи ми маємо рацію.

Коротко і потужно

FRB – це неймовірно потужні імпульси радіохвиль із космосу тривалістю приблизно тисячну частку секунди. Використовуючи дані радіотелескопа в Австралії, Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), астрономи виявили, що більшість FRB походять із таких віддалених галактик, що світлу потрібні мільярди років, щоб досягти нас. Але те, що викликає ці радіохвильові спалахи, спантеличило астрономів з моменту першого виявлення у 2007 році.

Найкращу підказку дає об’єкт у нашій галактиці, відомий як SGR 1935+2154. Це магнетар, тобто нейтронна зірка з магнітними полями приблизно в трильйон разів сильнішими за магніт на холодильник. 28 квітня 2020 року він створив сильний спалах радіохвиль — схожий на FRB, але менш потужний.

Астрономи давно передбачили, що дві нейтронні зірки — подвійна — злившись і утворивши чорну діру, також повинні створити спалах радіохвиль. Дві нейтронні зірки будуть дуже магнітними, а чорні діри не можуть мати магнітних полів. Ідея полягає в тому, що раптове зникнення магнітних полів, коли нейтронні зірки зливаються і колапсують у чорну діру, створює швидкий радіосплеск. Змінні магнітні поля створюють електричні поля — так більшість електростанцій виробляють електроенергію. І величезна зміна магнітних полів під час колапсу може спричинити інтенсивні електромагнітні поля FRB.

Пошук димлячої рушниці

Щоб перевірити цю ідею, Олександра Морояну, студентка магістратури Університету Західної Австралії, шукала нейтронні зірки, які зливаються, виявлені Лазерною інтерферометричною гравітаційно-хвильовою обсерваторією (LIGO) у США. Гравітаційні хвилі, які шукає LIGO, — це брижі в просторі-часі, що утворюються в результаті зіткнень двох масивних об’єктів, таких як нейтронні зірки.

LIGO знайшов злиття двох подвійних нейтронних зірок. Важливо, що другий, відомий як GW190425, стався, коли новий телескоп FRB-полювання під назвою CHIME також працював. Однак, будучи новим, CHIME знадобилося два роки, щоб випустити свою першу партію даних. Коли це сталося, Морояну швидко ідентифікував швидкий радіосплеск під назвою FRB 20190425A, який стався лише через дві з половиною години після GW190425.

Незважаючи на те, що це було захоплююче, виникла проблема: лише один із двох детекторів LIGO працював у той час, тому було дуже невизначено, звідки саме взявся GW190425. Насправді була ймовірність 5% того, що це міг бути просто збіг. Гірше того, супутник Fermi, який міг виявити гамма-промені від злиття — «димяча рушниця», що підтверджує походження GW190425 — був у той час заблокований Землею.

Навряд чи це випадковість

Однак критичною підказкою було те, що FRB відстежують загальну кількість газу, який вони пройшли. Ми знаємо це, оскільки високочастотні радіохвилі поширюються крізь газ швидше, ніж низькочастотні хвилі, тому різниця в часі між ними говорить нам про кількість газу. Оскільки ми знаємо середню густину газу у Всесвіті, ми можемо пов’язати цей вміст газу з відстанню, яка відома як співвідношення Маккварта . І відстань, яку пройшов FRB 20190425A, майже ідеально збігалася з відстанню до GW190425. Бінго!

Отже, ми виявили джерело всіх FRB? Ні. У Всесвіті недостатньо нейтронних зірок, що зливаються, щоб пояснити кількість FRB — деякі з них все ще повинні походити від магнетарів, як це було в SGR 1935+2154. І навіть не зважаючи на всі докази, все ще є шанс один із 200, що все це може бути величезним збігом. Однак LIGO та два інших детектори гравітаційних хвиль, Virgo та KAGRA, знову ввімкнуться в травні цього року та стануть більш чутливими, ніж будь-коли, тоді як CHIME та інші радіотелескопи готові негайно виявляти будь-які FRB від злиття нейтронних зірок.