Первый быстрый радиовсплеск отслежен от старой, мертвой, эллиптической галактики

Астрономы впервые обнаружили новый FRB, названный FRB 20240209A, в феврале 2024 года в рамках канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода (CHIME). Автор: CHIME, Andre Renard, Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics, University of Toronto

Впервые астрономы зафиксировали быстрый радиовсплеск (FRB) на окраине древней мертвой эллиптической галактики — беспрецедентное место для явления, ранее связываемого с гораздо более молодыми галактиками.

Подробное описание в двух дополнительных исследованиях, проведенных Северо-Западным университетом и Университетом Макгилла, разбивает вдребезги предположения о том, что FRB исходят исключительно из областей активного звездообразования. Вместо этого новые наблюдательные данные намекают на то, что происхождение этих загадочных космических событий может быть более разнообразным, чем считалось ранее.

«Государственная теория заключается в том, что источником FRB являются магнетары, образовавшиеся в результате коллапса ядра сверхновых», — говорит Тарране Эфтехари из Северо-Западного университета, которая руководила одним из исследований и была соавтором другого.

«Похоже, что здесь это не так. В то время как молодые, массивные звезды заканчивают свою жизнь как сверхновые с коллапсом ядра, мы не видим никаких свидетельств молодых звезд в этой галактике. Благодаря этому новому открытию вырисовывается картина, которая показывает, что не все FRB исходят от молодых звезд. Возможно, существует субпопуляция FRB, которая связана с более старыми системами».

«Этот новый FRB показывает нам, что как раз тогда, когда вы думаете, что понимаете астрофизическое явление, Вселенная разворачивается и удивляет нас», — сказал Вэнь-фай Фонг из Northwestern, старший автор обоих исследований. «Этот „диалог“ со Вселенной — то, что делает нашу область астрономии временной области такой невероятно захватывающей».

Эфтехари — стипендиат NASA Einstein в Центре междисциплинарных исследований и разработок в области астрофизики (CIERA) Северо-Западного университета. Фонг — доцент кафедры физики и астрономии в Колледже искусств и наук Вайнберга Северо-Западного университета и член CIERA.

Впервые для телескопов CHIME

Астрономы впервые обнаружили новый FRB, названный FRB 20240209A, в феврале 2024 года в рамках канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода (CHIME). Вспыхивая и исчезая в течение миллисекунд, FRB представляют собой краткие, мощные радиовсплески, которые генерируют больше энергии за один быстрый всплеск, чем наше Солнце излучает за целый год.

Но это событие вспыхивало не один раз. Между первоначальным всплеском в феврале и июлем 2024 года тот же источник произвел еще 21 импульс, шесть из которых также были обнаружены телескопом-аутригером, расположенным в 60 километрах от главной станции CHIME. Меньшие версии CHIME, аутригеры, позволяют астрономам точно ограничивать конкретные местоположения FRB на небе.

Самая массивная галактика-хозяин FRB на сегодняшний день

После того, как команда определила местоположение FRB, Эфтехари и ее коллеги поспешили использовать телескопы в обсерваториях WM Keck и Gemini, чтобы исследовать окружающую среду события.

В специализированном помещении кампуса Эванстона астрономы Северо-Запада имеют удаленный доступ к Кеку, что позволяет им быстро наблюдать явления, представляющие большой интерес.

Вместо того чтобы обнаружить молодую галактику, эти наблюдения неожиданно показали, что FRB возник на краю соседней галактики возрастом 11,3 миллиарда лет, расположенной всего в 2 миллиардах световых лет от Земли.

Чтобы узнать больше об этой необычной галактике-хозяине, команда использовала высокопроизводительные компьютеры для проведения симуляций. Они обнаружили, что галактика чрезвычайно яркая и невероятно массивная — в 100 миллиардов раз больше массы нашего Солнца.

«Похоже, это самая массивная галактика-хозяин FRB на сегодняшний день», — сказал Эфтехари. «Она входит в число самых массивных галактик».

Далеко расположенный дом

Но в то время как большинство FRB-вспышек возникают в пределах своих галактик, команда проследила FRB 20240209A до окраин его родного места — в 130 000 световых лет от центра галактики, где находится мало других звезд.

«Среди популяции FRB этот FRB расположен дальше всего от центра своей галактики», — сказал Вишванги Шах, аспирант Университета Макгилла, который руководил работой по определению происхождения FRB.

«Это одновременно удивительно и волнующе, поскольку ожидается, что FRB возникают внутри галактик, часто в регионах звездообразования. Расположение этого FRB так далеко за пределами его родительской галактики поднимает вопросы о том, как такие энергичные события могут происходить в регионах, где не образуются новые звезды».

«Побратимые» FRB

До этого открытия астрономы проследили только один другой FRB до внешних границ галактики. В 2022 году международная группа астрономов обнаружила FRB, который исходил из плотного скопления звезд на краю Мессье 81 (M81), грандиозной спиральной галактики, расположенной примерно в 12 миллионах световых лет от Земли. Хотя FRB 20240209A произошел в эллиптической галактике, эти два события имеют несколько других сходств.

«Несколько лет назад в плотном скоплении звезд, называемом шаровым скоплением, неожиданно был обнаружен FRB M81», — сказал Фонг.

«Это событие само по себе остановило традиционный ход мыслей и заставило нас исследовать другие сценарии происхождения FRB. С тех пор подобных FRB не наблюдалось, что заставило нас поверить, что это было единичное открытие — до сих пор».

«На самом деле этот CHIME FRB может быть близнецом события M81. Он находится далеко от своей родной галактики (далеко от того места, где рождаются звезды), а популяция звезд в его родной галактике чрезвычайно стара. Он пережил свой расцвет и теперь движется к пенсионному возрасту. В то же время этот тип старой среды заставляет нас переосмыслить наши стандартные модели предшественников FRB и обратиться к более экзотическим каналам формирования, что очень интересно».

Из почти 100 FRB, которые были идентифицированы в галактике на данный момент, большинство, вероятно, произошли от магнетаров, которые образуются в результате коллапса ядра сверхновых. Однако астрофизики предполагают, что происхождение FRB 20240209A может быть похоже на происхождение FRB, обнаруженного в M81.

Возможные объяснения

Исследование под руководством Макгилла обсуждает вероятность того, что новый FRB возник в плотном шаровом скоплении. Такие скопления являются многообещающими местами для магнетаров, возможно, образованных посредством других механизмов и связанных со старыми звездами, в том числе посредством слияния двух нейтронных звезд или из белого карлика, коллапсирующего под действием собственной гравитации.

«Шаровое скопление, из которого происходит этот повторяющийся FRB, является наиболее вероятным сценарием, объясняющим, почему этот FRB находится за пределами своей родительской галактики», — сказал Шах.

«Мы не знаем наверняка, присутствует ли шаровое скопление в месте расположения FRB, и подали предложение об использовании космического телескопа Джеймса Уэбба для последующих наблюдений за местоположением FRB. Если да, то это сделает этот FRB всего лишь вторым FRB, о котором известно, что он находится в шаровом скоплении. Если нет, нам придется рассмотреть альтернативные экзотические сценарии происхождения FRB».

«Очевидно, что еще много интересного предстоит сделать, когда речь идет о FRB, — сказал Эфтехари, — и что их окружение может стать ключом к разгадке их секретов».

Больше информации: A repeating fast radio burst source in the outskirts of a quiescent galaxy, The Astrophysical Journal Letters. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2410.23374
The massive and quiescent elliptical host galaxy of the repeating fast radio burst FRB 20240209A, The Astrophysical Journal Letters (2025). arxiv.org/abs/2410.23336

Источник: Northwestern University