Астрономы связывают «звездотрясения» с загадочными радиосигналами из космоса

Исследования Токийского университета связывают быстрые радиовсплески (FRB) со «звездотрясениями» на нейтронных звездах, что дает новое понимание землетрясений и ядерной физики.

Быстрые радиовсплески, или FRB, являются астрономической загадкой, а их причины и происхождение остаются неясными. Эти мощные всплески радиоэнергии невидимы для человеческого глаза, но ярко видны на радиотелескопах. Предыдущие исследования наблюдали большое сходство между энергетическим распределением повторяющихся быстрых радиовсплесков и энергетическим распределением землетрясений и солнечных вспышек.

Однако новое исследование Токийского университета изучило время и энергию FRB и обнаружило четкие различия между FRB и солнечными вспышками, однако между FRB и землетрясениями есть много заметных сходств. Это подтверждает теорию о том, что FRB возникают в результате «звездотрясений» на поверхности нейтронных звезд. Это открытие может помочь нам лучше понять землетрясения, поведение материалов высокой плотности и аспекты ядерной физики.

Китайский радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (FAST). Данные FRB были предоставлены сферическим телескопом с пятисотметровой апертурой (FAST) в Китае и телескопом Аресибо в Пуэрто-Рико, двумя крупнейшими однозеркальными телескопами в мире. К сожалению, телескоп Аресибо был поврежден и выведен из эксплуатации позже в 2020 году. Источник: Боджун Ван, Цзиньчен Цзян и Цишэн Цуй.

Тайна быстрых радиовсплесков (FRB).

Просторы космоса таят в себе множество загадок. Хотя некоторые люди мечтают смело отправиться туда, где еще никто не был, мы можем многому научиться, не выходя из этой земли. Благодаря технологическим достижениям мы можем исследовать поверхность МарсЧудеса Сатурнкольца, улавливающие загадочные сигналы из глубокого космоса. Быстрые радиовсплески — это чрезвычайно мощные, яркие всплески энергии, которые можно увидеть на радиоволнах.

Впервые обнаруженные в 2007 году, эти всплески могут преодолевать миллиарды световых лет, но обычно длятся всего миллисекунды. По оценкам, если бы мы могли наблюдать за всем небом, каждый день могло бы возникать до 10 000 FRB. Хотя большинство обнаруженных к настоящему времени источников всплесков, похоже, излучают единовременное событие, существует около 50 быстрых источников всплесков, которые излучают всплески неоднократно.

Сейсмические данные были взяты из региона Канто в Японии (включая Токио и Нарита) и Идзумо в регионе Тюгоку (к северу от Хиросимы). Черные точки представляют собой эпицентры землетрясений, зарегистрированных в период с 6 мая 2010 г. по 31 декабря 2012 г. Источник: ©2023 Т. Тотани и Ю. Цузуки.

Теории, объясняющие причину быстрых радиовсплесков

Почему возникают быстрые радиовсплески, неизвестно, но выдвигались некоторые идеи, в том числе о том, что они могут иметь инопланетное происхождение. Однако в настоящее время преобладает теория, согласно которой нейтронные звезды испускают по крайней мере несколько быстрых радиовсплесков. Эти звезды образуются, когда коллапсирует гигантская звезда, масса которой варьируется от восьми масс нашего Солнца (в среднем) до сверхплотного ядра диаметром всего от 20 до 40 километров. Магнетары — это нейтронные звезды с чрезвычайно сильными магнитными полями, которые, как наблюдалось, излучают FRB.

«Теоретически считалось, что на поверхности магнетара может произойти звездное землетрясение — выброс энергии, подобный землетрясениям на Земле», — сказал профессор Томонори Тотани с факультета астрономии Высшей школы наук. «Недавние достижения в наблюдениях привели к открытию еще тысяч быстрых радиовсплесков, поэтому мы воспользовались возможностью сравнить большие наборы статистических данных, доступных сейчас для быстрых радиовсплесков, с данными о землетрясениях и солнечных вспышках, чтобы изучить потенциальные сходства».

Исследователи проанализировали распределение по времени и энергии быстрых радиовсплесков и сейсмических событий и, построив график вероятности афтершоков как функцию разницы во времени, обнаружили, что они очень похожи. Фото: © 2023 Т. Тотани и Ю. Цузуки.

Статистический анализ и результаты

До сих пор статистический анализ быстрых радиовсплесков был сосредоточен на распределении времени ожидания между двумя последовательными всплесками. Однако Тотани и соавтор Юя Цузуки, аспирант той же кафедры, отмечают, что расчет только распределения времени ожидания не учитывает корреляции, которые могут существовать между другими всплесками. Поэтому команда решила рассчитать корреляцию в двумерном пространстве, проанализировав время и энергию излучения почти 7000 всплесков от трех разных источников быстрых радиовсплесков. Затем они применили тот же метод для изучения взаимосвязи между землетрясениями, временем и энергией (используя данные из Японии) и солнечными вспышками (используя записи из… Хиноде Международная миссия по изучению Солнца) и сравнить результаты трех явлений.

Тотани и Цузуки были удивлены тем, что, в отличие от других исследований, их анализ показал поразительное сходство между FRB и сейсмическими данными, но явную разницу между FRB и солнечными вспышками.

«Результаты показывают поразительное сходство между быстрыми радиовсплесками и землетрясениями следующим образом: во-первых, вероятность афтершоков для одного события составляет 10-50%; во-вторых, частота афтершоков уменьшается с течением времени, как сила времени; в-третьих, частота афтершоков всегда постоянна, даже если активность землетрясений (средняя скорость) FRB существенно меняется и в-четвёртых, нет связи между энергиями главного толчка и его афтершоков.

Это убедительно свидетельствует о том, что на поверхности нейтронных звезд существует твердая кора и что внезапно возникающие на этой коре звездные землетрясения выделяют огромное количество энергии, которую мы видим как FRB. Команда планирует продолжить анализ новых данных о быстрых радиовсплесках, чтобы убедиться, что обнаруженные ими сходства универсальны.

«Изучая звездные землетрясения на далеких сверхплотных звездах, среда которых сильно отличается от Земли, мы можем получить новое представление о землетрясениях», — сказал Тотани. «Интерьер А. Нейтронная звезда Это самое плотное место во Вселенной по сравнению с внутренней частью атомного ядра. Звездные землетрясения в нейтронных звездах открыли возможность по-новому взглянуть на материю высокой плотности и фундаментальные законы ядерной физики.

Ссылка: «Быстрые радиовсплески вызывают землетрясения, но не солнечные вспышки», Томонори Тотани и Юя Цузуки, 11 октября 2023 г., Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
doi: 10.1093/manras/stad2532