Что вызывает быстрые радиовсплески?

Вопрос

В 2007 году Дункан Лоример и его студент Дэвид Наркевич, разбирая архивные данные радиотелескопа Паркс в Австралии, нашли единственный всплеск радиоволн, записанный шестью годами ранее. Он длился меньше пяти тысячных секунды и был необычайно ярким. Его сигнал показывал, что он прошёл огромное расстояние в космосе: он пришёл далеко из-за пределов нашей галактики.

С тех пор зарегистрированы тысячи таких быстрых радиовсплесков. По оценкам, по всему небу их приходит несколько тысяч в день. За несколько миллисекунд один всплеск выделяет столько энергии, сколько Солнце излучает за несколько дней. Что способно на такое, так коротко и так часто?

Этот вопрос отмечен как частично решённый: по крайней мере для некоторых всплесков источник теперь известен. Но неясно, объясняет ли он их все.

Что известно

Всплески реальны и приходят из других галактик. Много лет в них сомневались: известно было лишь несколько штук, а в 2015 году похожий сигнал в Парксе оказался от микроволновки на кухне обсерватории, которую открывали, не дождавшись конца работы. Но настоящие всплески продолжали появляться на других телескопах, и с 2017 года десятки из них привязаны к конкретным галактикам, некоторые — в миллиардах световых лет от нас.
Некоторые источники повторяются. В 2016 году нашли источник, который вспыхивает снова и снова, и это исключило объяснения через однократные катастрофы как минимум для него. Но большинство известных всплесков видели лишь один раз.
В апреле 2020 года два инструмента зарегистрировали всплеск от магнетара в нашей собственной галактике — молодой нейтронной звезды с чрезвычайно сильным магнитным полем. Он был слабее всплесков из далёких галактик, но достаточно похож, чтобы показать: магнетары способны их создавать.
Канадский телескоп CHIME преобразил эту область: только его первый каталог в 2021 году содержал больше 500 всплесков, и их число продолжает расти.
Всплески стали инструментом. Проходя через космос, радиоволны слегка запаздывают из-за газа, через который идут. В 2020 году это использовали, чтобы «взвесить» разреженный газ между галактиками и найти обычное вещество, которого «не хватало» в космической инвентаризации.

Основные гипотезы

Магнетары

Главное объяснение: молодые, сильно намагниченные нейтронные звёзды создают всплески за счёт вспышек в своей магнитосфере или ударных волн в окружающем газе. Всплеск 2020 года из нашей галактики сильно подкрепляет эту идею, по крайней мере для части источников.

Две популяции или больше

Повторяющиеся и неповторяющиеся всплески различаются длительностью и частотной структурой. Они могут исходить от разных типов объектов или от одних и тех же объектов на разных стадиях жизни.

Более старые и необычные источники

В 2022 году повторяющийся источник обнаружили в шаровом скоплении галактики M81 — скоплении очень старых звёзд, где молодых магнетаров быть не должно. Такие источники могут быть магнетарами, родившимися при слиянии старых звёзд, или чем-то совсем другим: взаимодействующими двойными звёздами, пульсарами в необычном окружении, столкновениями с нейтронными звёздами.

Где заканчивается понимание

Мы знаем, что магнетары могут создавать быстрые радиовсплески. Мы не знаем, создают ли они все. Всплеск из нашей галактики был в тысячи раз слабее типичных всплесков из далёких галактик, и неясно, могут ли обычные магнетары достигать таких энергий или нужны более редкие и экстремальные объекты.

Неясен и сам механизм. Чтобы получить такой яркий и короткий сигнал, огромное число частиц должно излучать согласованно, в такт, как в лазере. Где именно это происходит — близко к звезде, в её магнитном поле, или далеко, в ударных волнах — и как это работает, всё ещё обсуждается.

И остаётся старый вопрос: почему одни источники повторяются, а большинство, насколько мы видим, нет? Пока неизвестно, являются ли неповторяющиеся просто более тихими повторяющимися, за которыми наблюдали слишком недолго, или это другое явление.

Что могло бы дать ответ

Гораздо больше всплесков с точным положением в их галактиках, которые покажут, из какой среды они приходят. Для этого создаются новые и планируемые радиотелескопы, например выносные станции CHIME и Square Kilometre Array.
Всплеск, наблюдаемый одновременно со вспышкой в рентгене или другом излучении от далёкого источника, который свяжет его с конкретным типом объекта.
Модель механизма излучения, которая предсказывает наблюдаемые свойства всплесков и проходит проверку на новых данных.