Десятки тысяч быстрых радиовспышек помогают разгадать величайшие тайны космоса

Фото из открытых источников

Быстрые радиовспышки (FRB) — одни из самых загадочных явлений, с которыми сегодня сталкиваются ученые. Эти кратковременные события представляют собой, по сути, вспышки излучения (в радиоспектре), длящиеся от миллисекунд до нескольких секунд и больше никогда не регистрируемые. За исключением, конечно, редких случаев повторяющихся FRB, когда источник испускает более одной вспышки. Существует несколько теорий относительно их точной причины, включая быстро вращающиеся магнетары, слияния черных дыр и нейтронных звезд, взаимодействия двойных звезд и многое другое.

Тем не менее, учёные обнаружили, что быстрые радиовспышки (FRB) являются полезным инструментом для исследования космоса в поисках материи, которая в противном случае ускользает от обнаружения («недостающая материя»), проверки фундаментальных физических принципов и поиска неуловимой тёмной материи и тёмной энергии. Согласно новым исследованиям, проведённым Калифорнийским технологическим институтом (Caltech), FRB также могут помочь составить карту скоплений материи в крупных космических структурах, предоставляя дополнительные сведения о том, как развивалась Вселенная.

Хотя быстрые радиовспышки (FRB) — чрезвычайно короткие события, их свет преодолевает миллиарды световых лет, чтобы достичь Земли, и по пути проходит сквозь туман из газа, пыли и другого вещества. Чем плотнее туман, тем сильнее рассеиваются их сигналы. Это рассеивание делает FRB эффективным инструментом для отслеживания распределения барионной (также известной как «нормальная» или «светящаяся») материи, а также того, как и где она скапливается.

Исследование возглавила Критти Шарма, работающая с Викрамом Рави, профессором астрономии в Центре астрономии и астрофизики Кэхилла при Калифорнийском технологическом институте. Результаты, описанные в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, показывают, как измерения быстрых радиовспышек могут помочь решить некоторые из самых больших загадок, стоящих сегодня перед астрономами и космологами. К ним относятся темная материя, темная энергия и нейтрино, которые, как предполагается, влияют на то, как материя сгущается.

Ученые предполагают, что на самых ранних этапах развития Вселенной темная материя образовала массивные гало, которые захватили космический газ в плотные скопления, что привело к рождению первых звезд и зарождению сверхмассивных черных дыр (СМЧД). Это дало начало первым галактикам во Вселенной, которые сформировались в крупномасштабные структуры, которые темная энергия начала раздвигать. Для лучшего понимания этих явлений ученые проводят масштабные обзоры неба, чтобы измерить, как материя сгущается.

Механизмы обратной связи также влияют на эволюцию галактик, например, звезды испускают постоянные потоки заряженных частиц (солнечный ветер), которые оказывают обратное воздействие на межзвездную среду. В то же время сверхновые разрушают окружающую среду мощными ударными волнами, а сверхмассивные черные дыры поглощают материю и производят мощные «ветры», подавляющие звездообразование в галактических дисках. Эти процессы также могут влиять на плотность материи, затрудняя точное измерение ее распределения и космологических эффектов.

«Процесс обратной связи истончает газ вокруг галактик, перераспределяя материю на огромные расстояния. Он сглаживает скопления материи таким образом, что это поразительно похоже на то, что делают массивные нейтрино, или на то, что предсказывают теории темной энергии или темной материи. Пока ученые не смогут независимо измерить этот вклад обратной связи, они не смогут различить эти эффекты», - говорит Рави.

На основе анализа 114 быстрых радиовспышек Рави и его коллеги провели первое исследование, в котором непосредственно измерялось влияние обратной связи на крупномасштабные области вокруг галактик. Результаты показали, что газ, выбрасываемый галактиками, сглаживает вещество в межгалактической среде таким образом, который сопоставим (хотя и несколько меньше), чем результаты рентгеновских и микроволновых обзоров, проведенных рентгеновским телескопом eROSITA и Атакамским космологическим телескопом.

Эти результаты особенно обнадеживают, поскольку они основаны на выборке всего из 100 быстрых радиовспышек (FRB). Учитывая, что такие обсерватории, как Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода (CHIME), обнаруживают тысячи FRB, существует значительный потенциал для использования FRB в качестве космологического измерительного инструмента. Аналогично, ожидается, что Caltech Deep Synoptic Array (DSA), соруководителем проекта которого является Рави, после завершения (в настоящее время запланировано на 2029 год) обнаружит десятки тысяч FRB.

Эти результаты дополнят данные, полученные в ходе миссии ESA «Евклид», с помощью спектроскопического прибора для изучения темной энергии (DESI), обсерватории имени Веры К. Рубин и космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман. Объединенные данные значительно улучшат наши измерения Вселенной и, возможно, наконец, позволят разгадать тайны темной материи и темной энергии.