Быстрые радиовспышки (FRB) — это интенсивные вспышки внегалактических радиоволн, длящиеся не более нескольких миллисекунд. Впервые они были обнаружены в 2007 году Дунканом Лоримером и его студентом Дэвидом Наркевичем во время изучения данных пульсарного обзора. На сегодняшний день было зарегистрировано от 50 до 60 FRB, хотя, по словам Виктории Каспи, астрофизика из Университета Макгилла, их может быть до 10 000 в день. Недавно были обнаружены вторые в истории повторяющиеся быстрые радиовспышки, что дало нам еще одну подсказку для понимания тайны Вселенной.
Летом 2018 года новый канадский телескоп CHIME зафиксировал 13 вспышек быстрых радиовспышек (FRB) всего за три недели. Это вторые повторяющиеся вспышки FRB, первая из которых была обнаружена в 2012 году радиотелескопом Аресибо в Пуэрто-Рико.
Первый повторяющийся быстрый радиовсплеск (названный FRB 121102) был замечен группой студентов под руководством тогдашнего аспиранта Пола Шольца, которые, проанализировав все данные, обнаружили, что за первоначальным сигналом последовали еще 10 всплесков. Ученые полагают, что источником этих всплесков может быть карликовая галактика, расположенная в 2,5 миллиардах световых лет от Земли.
Второй повторяющийся быстрый радиовспышка (FRB 180725A) впервые появилась 14 августа 2018 года и после этого повторялась в одной и той же точке на небе по меньшей мере пять раз. Команда CHIME опубликовала свои результаты 9 января этого года в двух статьях в журнале Nature , а также представила их на конференции Американского астрономического общества.
Расположенный в Доминионской радиоастрофизической обсерватории в Британской Колумбии, Канада, телескоп CHIME оснащен четырьмя высокочувствительными радиоприемниками размером 100 на 20 метров. Их задача — измерять ускорение распространения радиоволн во Вселенной, изучать Млечный Путь, отслеживать пульсары, а также обнаруживать быстрые радиовспышки (FRB).
Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода (CHIME) был торжественно открыт 7 сентября 2017 года во время церемонии первого запуска (это был первый случай использования телескопа для получения астрономического изображения). Телескоп специально разработан для приема сигналов в диапазоне от 400 до 800 МГц с высокой чувствительностью. Полученные данные обрабатываются со скоростью 13 терабит в секунду. Затем они оцифровываются и обрабатываются для создания карт неба.
CHIME сканирует пространство на наличие быстрых радиовспышек (FRB) в течение всего дня, используя 1024 точки или луча, при этом каждый луч обрабатывается с частотой 16 000 различных частот 1000 раз в секунду, что означает анализ 130 миллиардов бит данных в режиме реального времени. После завершения первого этапа обработки, в котором задействовано 2500 процессоров и 32 000 гигабайт оперативной памяти, на втором этапе определяется положение и детали возможной FRB. При возникновении FRB команда CHIME и астрофизическое сообщество немедленно получают уведомление.
Вначале существовал скептицизм относительно способности CHIME обнаруживать быстрые радиовспышки на таких малых частотах, поскольку предыдущие модели работали на частотах, близких к 1400 МГц. Однако теперь ученые считают, что быстрые радиовспышки с частотой ниже 400 МГц тоже существуют.
Некоторые из 13 сигналов в повторяющейся быстрой радиовспышке в нижней части спектра были настолько яркими, что команда CHIME считает возможным существование вспышек и ниже 400 МГц. Они также полагают, что в прошлом могло происходить гораздо больше повторяющихся быстрой радиовспышек в диапазоне ниже 700 МГц, но они не были распознаны как таковые.
После FRB 180725A в районе 400 МГц прибор CHIME зафиксировал еще несколько быстрых радиовспышек (FRB) как днем, так и ночью, которые не коррелируют ни с одним известным наземным источником. Если эти сигналы подтвердятся, это позволит лучше понять частотные ограничения, в рамках которых возникают FRB, а также причины этих вспышек.
Пока никто не знает, почему и как испускаются быстрые радиовспышки (FRB). Среди предложенных гипотез — столкновения черных дыр или нейтронных звезд, сверхновые высокой энергии, блицары и коллапс пульсаров, вызванный темной материей.
С момента открытия быстрых радиовспышек (FRB) учёные пытаются выяснить природу их источников. Поскольку вспышки очень короткие, они считают, что их источники имеют размер в несколько сотен километров или меньше. Также считается, что они обладают очень высокой энергией и за одну вспышку генерируют столько энергии, сколько Солнце выработало бы за 80 лет.
Одно из предположений об их происхождении заключается в том, что они могут исходить от других развитых внеземных форм жизни, хотя аналогичные предположения высказывались и в отношении регулярных импульсов, генерируемых пульсарами до их открытия. Другие теории включают взрывные распады мини-кластеров аксионов, космические струны и коллапс магнитосферы черных дыр Керра-Ньюмана. Было высказано предположение, что если быстрые радиовспышки действительно возникают в результате взрывов черных дыр, то они являются первыми признаками эффектов квантовой гравитации.
В случае повторяющихся быстрых радиовспышек некоторые гипотезы предполагают множественное происхождение из-за различий в интенсивности каждого сигнала. Одна из теорий гласит, что в окружении активных галактических ядер существуют крупномасштабные запутанные квантово-механические состояния, которые могут привести к усилению излучения — явлению, известному как «сверхизлучение».
Тринадцать быстрых радиовспышек (FRB) продемонстрировали признаки «рассеяния» — явления, происходящего при прохождении радиоволн через окружающую среду источника. В зависимости от характера рассеяния волн, ученые считают возможным определить, какой была окружающая среда.
По словам члена команды CHIME Тома Ландекера, «низкочастотные волны могут выходить за пределы своей среды и не настолько сильно рассеиваются, чтобы их можно было обнаружить к моменту достижения Земли». Степень рассеяния указывает на то, что источниками являются мощные астрофизические объекты, расположенные в таких местах, как остатки сверхновых или вблизи центральной черной дыры в галактике, как отмечает Черри Нг, астроном из Университета Торонто. Обнаружение большего количества быстрых радиовспышек в будущем и анализ данных предоставят ученым больше информации, которая поможет им определить источники и их природу.
[Источники: CHIME, Nature, Wikipedia]