Мистериозен бърз радио изблик (FRB) от дълбокия космос не може да бъде обяснен с настоящите теории

Особено ярък изблик на радиовълни, който се разпространява във Вселената от над 8 милиарда години, се оказва труден за обяснение с помощта на сегашните водещи теории.

Международен екип от изследователи забеляза бързия радиоизблик (fast radio burst – FRB) с помощта на Australian Square Kilometer Array Pathfinder – ASKAP. Това събитие, известно като FRB 20220610A, се различава от другите по няколко причини.

То не само е достигнало значително по-далеч от повечето регистрирани FRB, но и е невероятно енергийно – надхвърля 3,5 пъти максимума, определен от досегашните математически и астронимически модели.

Анализът на изследователите показа и още нещо твърде необичайно. Измерването на разпространението на дължините на вълните, наричано мярка за дисперсията, също не съвпада напълно с очакванията, което подтиква към преосмисляне на предположенията, които астрофизиците правят, когато използват тези явления като инструменти за изучаване на Вселената.

След откриването им през 2007 г. са наблюдавани едва няколко десетки FRB, което прави тези интензивни, милисекундни изблици на радиовълни твърде редки събития. Повечето от тях изглеждат еднократни, но няколко от тях се повтарят по начин, който напомня на вторични трусове след земетресение.

За да изследват това конкретно събитие, изследователите са използвали данните от инструментите FORS2 (FOcal Reducer low dispersion Spectrograph 2), X-shooter и HAWK-I (High Acuity Wide-field K-band Imager), монтирани на телескопа VLT. В изследването са използвани и данни от обсерваторията Кек в Хавай. Първото изследване е получено от австралийския радиотелескоп ASKAP, управляван от CSIRO.

Този резултат представлява границата на това, което е постижимо с телескопите днес. За да открием още по-стари и по-далечни изригвания и да определим техните източници, трябва да изчакаме следващото поколение радиотелескопи. По-конкретно Square Kilometre Array (SKA), който е в процес на изграждане в Австралия и Южна Африка. Той ще може да открива хиляди FRB, включително много отдалечени, които не могат да бъдат засечени с настоящите инструменти.

Изключително големия телескоп на ESO (ELT), който е в процес на изграждане в пустинята Атакама в Чили. Телескопът, управляван от ESO, ще има 39-метрова антена, което ще му позволи да изследва галактики, в които се наблюдават още по-далечни избухвания от типа на FRB 20220610A.

Въпросът е, че в процеса на разпространение във Вселената, когато облаците от прах и газ преминават покрай тях, FRB сигналът се разделя. Това е като появата на дъга в небето, когато светлината на Слънцето се пречупва в дъждовните капки. Различните дължини на вълните се отклоняват в различна степен, когато преминават покрай облаци от прах и газ, които имат свой електромагнитен фон и естествено влияят на електромагнитните вълни в бързия радио изблик. За FRB 20220610A разсейването се оказва съвсем нетипично.

Защо FRB са толкова важни?

Съществуващите към днешен ден методи за оценка на масата на Вселената дават противоречиви отговори, което поставя под съмнение стандартния космологичен модел. Райън Шанън, професор в Технологичния университет Суинбърн в Австралия и съавтор на изследването, обяснява:

„Смятаме, че липсващата материя се крие в пространството между галактиките, но тя може да е толкова гореща и разпръсната, че да не може да бъде видяна с помощта на традиционните методи. Бързите радио изблици ни дават възможност да открием тази йонизирана материя. Дори в почти напълно празното пространство те „виждат“ всички електрони и това ни позволява да измерим колко материя има между галактиките“.

Следователно откриването на далечни FRB е от решаващо значение за точното измерване на липсващата материя във Вселената. През 2020 г. починалият вече австралийски астроном Жан-Пиер Маккарт показа, че колкото по-далеч от галактиката се намира даден бърз радио изблик, толкова повече дифузен газ може да се открие между галактиките. Тази зависимост сега е известна като зависимостта на Макарт.

Изглежда, че някои бързи FRB не отговарят на тази зависимост. Измерванията на събитието FRB 20220610A обаче потвърждават, че зависимостта на Макарт се отнася за повече от половината от познатата Вселена, тъй като този FRB идва от източник, отдалечен на 8 милиарда светлинни години.

Това потвърждава, че FRB могат да се използват за измерване на липсващата материя между галактиките, което предоставя нов начин за „претегляне“ на Вселената.

След като се вгледаха по-внимателно в другите характеристики на това FRB, изследователите предположиха, че космическа буря от турбулентна, намагнетизирана плазма, която се е разразила между това място и наскоро открития източник на FRB – най-вероятно в галактиката-приемник – е променила нейния спектър. Само че това не съвпада с нито една от днешните теории и предположения.

Според една от теориите бързите радиоизбухвания се пораждат от „звездотресения“. Неутронната звезда, която излъчва сигнала, го генерира поради размествания в кората си, която изпитва огромно налягане и поради това придава на импулса невъобразима енергия. Такива процеси обаче налагат граници на яркостта на събитието, а FRB 20220610A многократно надхвърля всички изчислени стойности.

Друга теория гласи, че бързите радиоизбухвания възникват от сблъсъка на високоскоростни частици, изхвърлени от неутронните звезди, със заобикалящата ги материя в звездния вятър. Данните за FRB 20220610A обаче надхвърлят и този модел и учените остават твърде озадачени.

Това означава, че учените ще трябва да вземат предвид нов фактор при откриването на студена междузвездна материя с помощта на FRB. Това правило за измерване не е толкова просто, колкото се смяташе досега. Но е още по-важно да се вземат предвид всички нюанси. Колкото по-точни са нашите математически изчисления, толкова повече ще научим за света, в който живеем.