Turi įtikinamą versiją, kas sukelia paslaptingus greitus radijo bangų pliūpsnius kosmose

FRB yra trumpalaikiai radijo bangų impulsai, kurie gali trukti nuo milisekundės dalies iki kelių sekundžių. Per šį laikotarpį FRB gali išskirti tiek pat energijos, kiek Saulė išspinduliuotų per kelias dienas.

Pirmasis FRB buvo pastebėtas 2007 m. – ir nuo to laiko šie sprogimai išlaikė paslaptingumo aurą, nes iki 2017 m. jie buvo aptinkami retai. Tačiau būtent tais metais pradėjo veikti Kanados vandenilio intensyvumo kartografavimo eksperimentas (CHIME), kuris pradėjo dažnai aptikti FRB.

„FRB kol kas nepasiduoda paaiškinimui, yra daugiau nei 50 galimų hipotezių, iš kur jie atsiranda – mes suskaičiavome!“ – teigia tyrėjų komandos vadovas ir Toronto universiteto mokslininkas Dangas Phamas.

Galimas ryšys tarp FRB ir asteroidų bei kometų, atsitrenkusių į neutronines žvaigždes, buvo minimas ir anksčiau. Ir šis naujas D. Phamo ir kolegų tyrimas dar labiau sustiprina šį ryšį.

„Jau daug metų žinoma, kad asteroidai ir kometos, atsitrenkusios į neutronines žvaigždes, gali sukelti į FRB panašius signalus, tačiau iki šiol nebuvo aišku, ar tai vyksta pakankamai dažnai Visatoje, kad būtų galima paaiškinti FRB atsiradimo dažnumą, – pasakoja D. Phamas. – Parodėme, kad tarpžvaigždiniai objektai – nepakankamai ištirta asteroidų ir kometų klasė, kuri, kaip manoma, gali būti tarp žvaigždžių galaktikose visoje Visatoje – gali būti pakankamai gausūs, kad jų susidūrimas su neutroninėmis žvaigždėmis galėtų paaiškinti FRB signalus.“

Mokslininkas priduria, kad komandos tyrimas taip pat parodė, jog kitos tikėtinos šių susidūrimų savybės irgi sutampa su FRB stebėjimais – pavyzdžiui, jų trukmė, energija ir dažnumas per visą Visatos gyvavimo laikotarpį.

Bet kyla klausimas – nors asteroidų susidūrimai gali būti pražūtingi (paklauskite dinozaurų), kaip jie galėtų išskirti tokį pat energijos kiekį, kokį žvaigždė išspinduliuoja per kelias dienas?

Ekstremalios žvaigždės = ekstremalūs sprogimai

Neutroninės žvaigždės susidaro, kai miršta masyvios žvaigždės ir jų branduoliai suyra, sukurdami tankius Saulės masės kūnus – tik sutalpintus ne didesniame nei vidutinis Žemės miestas plote.

Taip susidaro žvaigždžių liekanos, pasižyminčios ekstremaliomis savybėmis: pavyzdžiui, tankiausia žinomoje Visatoje medžiaga (vienas arbatinis šaukštelis, atgabentas į Žemę, svertų 10 mln. tonų) ir stipriausiais visatoje magnetiniais laukais, trilijonus kartų galingesniais už Žemės magnetosferą.

„Neutroninės žvaigždės yra ekstremalios vietos, kuriose Saulės masė suspausta į maždaug 20 km skersmens rutulį, todėl jų gravitacinis ir magnetinis laukai yra vieni stipriausių Visatoje, – teigia komandos narys, Oksfordo universiteto astrofizikas Matthew Hopkinsas. – Tai reiškia, kad asteroidui ar kometai nukritus į vieną iš jų, išsiskiria didžiulis potencialios energijos kiekis, kuris pasireiškia radijo bangų blyksniu – pakankamai ryškiu, kad būtų matomas visoje Visatoje.“

Taigi, apie kokį energijos kiekį čia kalbama? Norėdami tai apsvarstyti, pakeiskime asteroidą kitu, šiek tiek saldesniu objektu.

NASA Goddardo skrydžių centro duomenimis, jei ant neutroninės žvaigždės paviršiaus nukristų įprasto dydžio zefyras, mirusios žvaigždės gravitacinė įtaka būtų tokia didelė, kad skanėstas pagreitėtų iki milijonų kilometrų per valandą greičio. Tai reiškia, kad zefyrui atsitrenkus į neutroninę žvaigždę, susidūrimo metu išsiskirtų energija, prilygstanti tūkstančiui vienu metu sprogusių vandenilinių bombų!

Kiek tiksliai energijos išsiskiria susidūrus asteroidui ir neutroninei žvaigždei, priklauso nuo kelių veiksnių.

„Išsiskirianti energija priklauso nuo asteroido dydžio ir neutroninės žvaigždės magnetinio lauko stiprumo, o abu šie dydžiai gali labai skirtis, net keliomis didumo eilėmis“, – sako M. Hopkinsas. – Apskaičiavome, kad asteroido, kurio skersmuo 1 km, ir neutroninės žvaigždės, kurios paviršiaus magnetinio lauko stiprumas daugiau nei trilijoną kartų viršija Žemės magnetinio lauko stiprumą, išsiskyrusi energija yra apie 1029 džaulių (tai yra 10, po kurio seka 28 nuliai).

„Tai milžiniškas skaičius, maždaug šimtą milijonų kartų viršijantis visą žmonijos per metus sunaudojamą energiją“, – apibūdina mokslininkas.

Akivaizdu, kad asteroidai, atsitrenkę į neutronines žvaigždes, gali išlaisvinti pakankamai energijos, kad paaiškintų FRB – tačiau ar šie susidūrimai yra pakankamai dažni, kad paaiškintų FRB pastebėjimus?

Ar gali asteroidų smūgiai sukelti pakartotinius FRB?

Astronomai FRB aptinka visame danguje, o kai kurie mokslininkai apskaičiavo, kad atsitiktiniuose dangaus taškuose virš Žemės kasdien gali įvykti 10 000 FRB. Jei jie teisūs, tai reiškia, kad neutroninių žvaigždžių ir asteroidų susidūrimų yra daug.

Tarpžvaigždinių uolienų Paukščių Take neabejotinai yra pakankamai daug, kad būtų galima paaiškinti tokį dažnį – vien mūsų galaktikoje jų yra apie 1027 (po 10 yra 26 nulių). Tačiau kaip dažnai jie susiduria su neutronine žvaigžde?

„Vienos neutroninės žvaigždės ir tarpžvaigždinio objekto susidūrimas yra retas. Mūsų skaičiavimais, Paukščių Take įvyksta maždaug vienas toks susidūrimas per 10 mln. metų, – sako D. Phamas. – Tačiau galaktikoje yra daug neutroninių žvaigždžių, o galaktikų yra daug! Apibendrinant tai, kas išdėstyta, nustatėme, kad neutroninių žvaigždžių ir tarpžvaigždinių objektų susidūrimų Visatoje dažnis yra panašus į šiuo metu pastebimų FRB dažnį.“

Be to, mokslininkas atkreipė dėmesį, kad neutroninių žvaigždžių ir tarpžvaigždinių objektų skaičius per Visatos gyvavimo laikotarpį didėja. Tai reiškia, kad neutroninių žvaigždžių ir tarpžvaigždinių objektų susidūrimų dažnis taip pat turėtų didėti.

„Jei šis modelis teisingas, tuomet turėtume stebėti, kaip Visatai senstant FRB dažnis didėja, – teigia D. Phamas. – Tai išlieka atviras mokslinių tyrimų klausimas, kuriam spręsti reikėtų daugiau stebėjimų“.

Net jei ši teorija teisinga, ji neatsako į visus su FRB susijusius klausimus. Taip yra daugiausia dėl to, kad egzistuoja dviejų rūšių šių energingų radijo bangų sprogimai.

Iki šiol kalbėjome apie vienkartinius FRB. Tačiau yra ir pasikartojančių FRB, kurie išsiveržia daugiau nei vieną kartą. Ar asteroidų įsiveržimai taip pat galėtų paaiškinti pasikartojančius FRB?

„Nustatėme, kad šis modelis negali paaiškinti pasikartojančių FRB, nes neutroninės žvaigždės susidūrimas su tarpžvaigždine uola yra retas, atsitiktinis įvykis, – aiškina M. Hopkinsas. – Retai pasitaiko, kad atskira neutroninė žvaigždė susidurtų su tarpžvaigždiniu objektu. Palyginimui, pasikartojantys FRB paprastai kyla daug greičiau, o kai kada net du sprogimai per valandą.“

Ankstesniuose tyrimuose buvo iškelta prielaida, kad jei pavienius FRB sukelia neutroninės žvaigždės ir asteroido susidūrimai, tai pasikartojantys FRB gali reikšti šių mirusių žvaigždžių susidūrimus su asteroidų juosta, panašia į tą, kuri mūsų Saulės sistemoje yra tarp Marso ir Jupiterio.

„Dėl šios idėjos vis dar vyksta diskusijos, ypač dėl to, kokio tankio turi būti šie kosminių uolų laukai. Šis scenarijus yra platesnis nei mūsų modelyje nagrinėtas scenarijus, pagal kurį neutroninės žvaigždės susiduria su tarpžvaigždiniais objektais, – sakė D. Phamas. – Reikia tolesnių stebėjimų, kad būtų galima suprasti FRB spinduliuotės mechanizmus ir jų šaltinius.“

D. Phamas ir M. Hopkinsas atkreipia dėmesį, kad neutroninių žvaigždžių ir tarpžvaigždinių objektų susidūrimų dažnis priklausys nuo galaktikų – pavyzdžiui, elipsinių ar spiralinių – kuriose jie vyksta, tipo. Tai reiškia, kad astronomai turės stebėti daugiau FRB ir atsekti jų kelią iki galaktikų šeimininkių – kad nustatytų, kokio tipo galaktikos yra labiausiai susijusios su šiais energijos sprogimais.

„Suprasti FRB dažnio kitimą per kosminę laiko skalę taip pat gali padėti geriau suprasti šį modelį, – aiškina D. Phamas. – Atlikus daugiau FRB stebėjimų taip pat būtų galima nustatyti daugiau apribojimų, kiek energingi yra šie įvykiai – o tai padėtų mums sužinoti, kaip FRB yra skleidžiami.“

Tyrėjų komanda teigia, kad tai bus daroma FRB stebėjimo projektais, tokiais kaip CHIME, Kanados vandenilio observatorija ir trumpalaikių impulsų detektorius (CHORD) ir Australijos kvadratinio kilometro masyvu „Pathfinder“.

Komandos rezultatai buvo priimti publikuoti žurnale „Astrophysical Journal“.

Komandos straipsnio išankstinė publikacija paskelbta „arXiv“ serveryje.

Parengta pagal Space.com.