Гравітаційні хвилі можуть дати нам розуміння швидких радіосплесків

Швидкі радіосплески — загадкове явище, яке астрономи виявили тільки у ХХІ столітті. Щодо їхнього джерела досі тривають суперечки. Однак науковці сподіваються невдовзі з’ясувати правду завдяки гравітаційним хвилям, адже вважається, що ці короткочасні події пов’язані з нейтронними зорями та чорними дірами.

Нейтронна зоря
Нейтронна зоря. Джерело: phys.org

Загадка швидких радіосплесків

Швидкі радіосплески (FRB) — це загадкові імпульси енергії, які можуть тривати від долі мілісекунди до трьох секунд. Здебільшого вони приходять з-за меж Галактики, хоча один із них був виявлений з джерела всередині Чумацького Шляху. Деякі з них також повторюються, що лише додає їм загадковості.

Хоча астрофізики вважають, що високоенергетичний астрофізичний процес є ймовірним джерелом FRB, вони не впевнені, як вони генеруються. Дослідники використовували гравітаційні хвилі (ГХ) для спостереження за одним із відомих джерел FRB, щоб спробувати краще їх зрозуміти.

Єдиним підтвердженим джерелом FRB у Чумацькому Шляху є нейтронна зоря з потужним магнітним полем — магнетар під назвою SGR 1935+2154. Її виявили у 2020 році й уперше пов’язали з джерелом. Хоча SGR 1935+2154 перебуває на відстані близько 20 000 світлових років від нас, вона все ще досить близька, щоб її можна було вивчати.

У новому дослідженні, опублікованому в The Astrophysical Journal, науковці використовували британсько-німецький детектор гравітаційних хвиль GEO600, щоб дослідити будь-які зв’язки між FRB і гравітаційними хвилями. Дослідження називається «Пошук за допомогою GEO600 гравітаційних хвиль, що збігаються зі швидкими радіосплесками від SGR 1935+2154», а його провідним автором є А. Г. Абак з Інституту гравітаційної фізики Макса Планка.

Зв’язок FRB і магнетарів

FRB надзвичайно енергійні, як і магнетари. Встановлення зв’язку між FRB і магнетаром SGR 1935-2154 є великим кроком у розумінні цих явищ, хоча залишається ще ціла низка запитань без відповідей. Деякі магнетари неодноразово продукують спалахи, а також світяться в рентгенівських променях.

Магнетари можуть відчувати потужні зоряні землетруси, коли вивільняється напруга в їхній корі, й вивільнена енергія струшує магнітне поле магнетара, вивільняючи FRBs і рентгенівське випромінювання. Дослідники цікавляться питанням, чи можуть ті самі землетруси генерувати гравітаційні хвилі.

«Спостереження швидких радіосплесків і гравітаційних хвиль від магнетара майже одночасно було б доказом, який ми шукали протягом тривалого часу», — сказав Джеймс Лаф, провідний науковець німецько-британського детектора гравітаційних хвиль GEO600 в Інституті гравітаційної фізики імені Макса Планка (Інститут Альберта Ейнштейна; AEI) в Ганновері.

Одночасне спостереження FRB і ГХ могло б підтвердити спільне походження зоряних землетрусів, що генеруються нейтронною зорею. Якщо магнетар генерує ГХ, вони будуть сильними, коли досягнуть наших детекторів, і їхні ефекти буде легше спостерігати. З квітня 2020 року по жовтень 2022 року SGR 1935+2154 згенерував три епізоди FRB, і GEO600 їх слухав. Детектор ГХ є частиною глобальної мережі детекторів гравітаційних хвиль.

Пошук гравітаційних хвиль

«Було дуже важливо, щоб GEO600 міг продовжувати спостереження, поки всі інші детектори перебували на стадії модернізації, — пояснив Лаф. — Інакше ми б втратили можливість отримати дані про гравітаційні хвилі під час цих захопливих подій, що відбуваються так близько від нас».

На жаль, ретельний аналіз даних GEO600 не виявив жодних ознак гравітаційних хвиль. Проте спостереження детектора все одно були цінними. Оскільки магнетар розташований так близько до нас, навіть відсутність виявлення дала певну нову інформацію.

Це не вперше, коли вчені використовують детектори ГХ для їхнього пошуку, що випромінюються одночасно з FRB, а також ГХ від спалахів магнетарних зір і пульсарних збоїв. Різні дослідники марно намагалися знайти їх за допомогою більш потужних об’єднань LIGO, Virgo і KAGRA (LVK).

Детектори LVK більші та потужніші за GEO600. Їхні дані показують, що максимально можлива енергія гравітаційних хвиль, яка могла бути випромінена під час FRB магнетара в 2020–2022 роках і не бути виявленою, мала бути до 10 000 разів меншою, ніж астрономи дійшли висновку з попередніх досліджень.

Різні моделі пояснюють, як у FRB утворюються ГХ, а їхні спостереження ще недостатньо чутливі, щоб їх розрізнити. Однак, встановлюючи межі для сили ГХ, спостереження ГХ все ще надають інформацію, яка допомагає вченим вдосконалювати свої моделі.

Спроба пов’язати ГХ і FRB насправді тільки починається. Хоча LIGO/Virgo не зміг спостерігати магнетар під час останнього FRB, сподіваємось, що вони будуть працювати під час наступного епізоду. Цього разу їхня ефективність і чутливість буде підвищена.

За матеріалами phys.org

Новини інших медіа