Радиовсплески и магнетары: новые открытия о галактиках

Сравнение родительских галактик FRB с распределением галактик во Вселенной, выбранным по звездной массе и звездообразованию. Автор: arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2409.16964

Одним из ключевых доказательств стало извержение магнетара в нашей галактике, и несколько обсерваторий, включая проект STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) Калифорнийского технологического института, зафиксировали это событие в режиме реального времени.

Теперь исследователи под руководством Калтеха обнаружили, где FRB с большей вероятностью могут возникнуть во Вселенной — в массивных галактиках, где формируются звезды, а не в галактиках с малой массой. Это открытие, в свою очередь, привело к новым идеям о том, как формируются сами магнетары. В частности, работа предполагает, что эти экзотические мертвые звезды, магнитные поля которых в 100 триллионов раз сильнее земных, часто образуются, когда две звезды сливаются и затем взрываются в сверхновой.

Ранее было неясно, образуются ли магнетары таким образом, в результате взрыва двух слившихся звезд, или же они могут образовываться при взрыве одной звезды.

«Огромная выходная мощность магнетаров делает их одними из самых захватывающих и экстремальных объектов во Вселенной», — говорит Критти Шарма, ведущий автор нового исследования и аспирант, работающий с Викрамом Рави, доцентом астрономии в Калтехе. «Очень мало известно о причинах образования магнетаров после смерти массивных звезд. Наша работа помогает ответить на этот вопрос».

Проект начался с поиска FRB с использованием Deep Synoptic Array-110 (DSA-110), проекта Caltech, базирующегося в радиообсерватории Owens Valley около Бишопа, Калифорния. На сегодняшний день обширный радиомассив обнаружил и локализовал 70 FRB в их конкретной галактике происхождения (только 23 других FRB были локализованы другими телескопами). Исследователи проанализировали 30 из этих локализованных FRB. Статья опубликована в Nature.

«DSA-110 более чем удвоил количество FRB с известными родительскими галактиками», — говорит Рави. «Именно для этого мы и построили массив».

Хотя известно, что FRB происходят в галактиках, в которых активно формируются звезды, команда, к своему удивлению, обнаружила, что FRB, как правило, чаще происходят в массивных галактиках, в которых формируются звезды, чем в галактиках с малой массой, в которых формируются звезды. Это само по себе было интересно, поскольку ранее астрономы считали, что FRB происходят во всех типах активных галактик.

С этой новой информацией команда начала размышлять о том, что результаты показали о FRB. Массивные галактики, как правило, богаты металлами, поскольку металлы в нашей Вселенной — элементы, которые производятся звездами — требуют времени для накопления в ходе космической истории. Тот факт, что FRB более распространены в этих богатых металлами галактиках, подразумевает, что источник FRB, магнетары, также более распространены в этих типах галактик.

Звезды, богатые металлами (что в астрономических терминах означает элементы тяжелее водорода и гелия), как правило, становятся больше других звезд. «Со временем, по мере роста галактик, последующие поколения звезд обогащают галактики металлами по мере их эволюции и смерти», — говорит Рави.

Более того, массивные звезды, которые взрываются в сверхновых и могут стать магнетарами, чаще встречаются парами. Фактически, 84% массивных звезд являются двойными. Таким образом, когда одна массивная звезда в двойной звезде раздувается из-за дополнительного содержания металла, ее избыточный материал перетягивается к ее звезде-партнеру, что облегчает окончательное слияние двух звезд. Эти объединенные звезды получат большее объединенное магнитное поле, чем у одной звезды.

«Звезда с большим содержанием металлов раздувается, запускает процесс переноса массы, который завершается слиянием, в результате чего образуется еще более массивная звезда с общим магнитным полем, превышающим то, которое было бы у отдельной звезды», — объясняет Шарма.

Подводя итог, можно сказать, что поскольку FRB преимущественно наблюдаются в массивных и богатых металлами галактиках, где формируются звезды, то магнетары (которые, как считается, вызывают FRB) также, вероятно, формируются в богатых металлами средах, способствующих слиянию двух звезд. Таким образом, результаты указывают на то, что магнетары по всей Вселенной происходят из остатков слияний звезд.

В будущем команда надеется обнаружить больше FRB и определить места их возникновения с помощью DSA-110, а в конечном итоге и DSA-2000 — еще более крупной радиорешетки, которую планируется построить в пустыне Невада и завершить в 2028 году.

«Этот результат — важная веха для всей команды DSA. Многие авторы этой статьи помогли создать DSA-110», — говорит Рави. «И тот факт, что DSA-110 так хорошо локализует FRB, служит хорошим предзнаменованием для успеха DSA-2000».

Больше информации: Kritti Sharma, Preferential occurrence of fast radio bursts in massive star-forming galaxies, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08074-9. www.nature.com/articles/s41586-024-08074-9. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2409.16964

Источник: California Institute of Technology