Новое исследование предполагает, что магнетары, сильно намагниченные звездные трупы, подобные изображенному здесь, могут быть источником двух разных космических загадок: быстрых радиовсплесков и нейтрино высоких энергий.
Более десяти лет астрономы ломали голову над происхождением быстрых радиовсплесков, коротких вспышек радиоволн, исходящих в основном из далеких галактик. В тот же период ученые также обнаружили нейтрино высоких энергий, призрачные частицы за пределами Млечного Пути, происхождение которых также неизвестно.
Новая теория предполагает, что два загадочных сигнала могут исходить от одного космического источника: высокоактивных и намагниченных нейтронных звезд, называемых магнетарами. Если это правда, это может заполнить детали того, насколько быстро происходят радиовсплески или FRB.
«Однако найти «дымящуюся пушку» - уловить одновременно нейтрино и радиовсплеск от одного и того же магнетара - будет сложно, потому что такие нейтрино редки и их трудно обнаружить», - говорит астрофизик Брайан Мецгер из Колумбийского университета.
Тем не менее, «эта статья дает возможную связь между двумя, на мой взгляд, наиболее захватывающими загадками астрофизики», - говорит астрофизик Джастин Ванденбрук из Университета Висконсин-Мэдисон, который охотится за нейтрино, но не участвовал в новой работе.
Было обнаружено более 100 быстрых радиовсплесков, но большинство из них находится слишком далеко, чтобы астрономы могли видеть, что движет вспышками энергии. Обсуждались десятки возможных объяснений, от столкновений звезд и сверхмассивных черных дыр до вращающихся звездных тел, называемых пульсарами, и пульсаров, вращающихся вокруг черных дыр. Некоторые астрономы даже называли это сигналами от инопланетян.
Но в последние несколько лет магнетары стали главным претендентом на роль виновников вспышек.
«Мы не знаем, что представляют собой двигатели быстрых радиовсплесков, но растет уверенность в том, что некоторая их часть исходит от горящих магнетаров», - говорит Метцгер.
Эта уверенность усилилась в апреле, когда астрономы обнаружили первый радиовсплеск, исходящий из нашей галактики Млечный Путь. Взрыв произошел достаточно близко - примерно в 30 000 световых лет от нас. Поэтому астрономы смогли проследить его происхождение до молодого активного магнетара под названием SGR 1935 + 2154. «Это действительно похоже на розеттский камень для понимания FRB», - говорит Ванденбруке.
Мецгер говорит, что существует несколько способов, которыми магнетары могут излучать всплески. Взрывы радиоволн, например, могут исходить от поверхности нейтронной звезды. Или ударные волны, возникающие после того, как магнетар изрыгает мощную вспышку, подобную той, что излучается Солнцем, и это может создавать радиоволны.
По словам Мецгера, только эти ударные волны могут вызывать нейтрино и быстрые радиовсплески одновременно. Вот как: некоторые магнетары многократно излучают вспышки, обогащая окружающую среду заряженными частицами. Что особенно важно - каждая вспышка вырывала бы несколько протонов с поверхности нейтронной звезды. В других ситуациях магнетар может создать ореол электронов, но протоны будут исходить только от самого магнетара. Если у магнетара есть ореол электронов, добавление протонов к смеси создает основу для двойной дозы космических явлений.
Поскольку следующая вспышка сталкивается с протонами, выпущенными предыдущей, она ускоряет протоны и электроны в одном направлении с теми же скоростями.
«Этот «упорядоченный танец» электронов может вызвать быстрый радиовсплеск, преобразовывая энергию движения электронов в радиоволны», говорит Метцгер. И протоны могут пройти цепную реакцию, в результате которой на каждый протон образуется одно нейтрино высокой энергии.
Вместе с астрофизиками Ке Фангом из Стэнфордского университета и Беном Маргалитом из Калифорнийского университета в Беркли, Мецгер рассчитал энергии любых нейтрино, которые были бы произведены быстрым радио-всплеском, наблюдаемым в апреле. Команда обнаружила, что эти энергии соответствуют тем, которые могут быть обнаружены нейтринной обсерваторией IceCube в Антарктиде.
Но IceCube не обнаружил никаких нейтрино от этого магнетара в апреле, говорит Ванденбрук, который с 2016 года искал признаки нейтрино от быстрых радиовсплесков в данных IceCube. Однако это не удивительно. Поскольку ожидается, что нейтрино от FRB будут редкими, их обнаружение будет сложной задачей и, вероятно, потребует особенно яркой вспышки магнетара, которая будет направлена прямо на Землю.
Ванденбруке делал ставки со своими учениками по другим аспектам их исследований, но он говорит, что не собирается вкладывать деньги в то, увидит ли он нейтрино от быстрой радиовспышки при своей жизни.
«Слишком много неопределенности», - говорит он.
Тем не менее, он настроен оптимистично. «Даже обнаружение одного нейтрино от одного [быстрого радиовсплеска] было бы открытием, и для получения обнаруживаемого нейтрино потребуется всего один счастливый FRB», - говорит он.