|
Гравитационные волны и быстрые радиовсплески
|
|
|
|
Быстрые радиовсплески (FRB) - это таинственные импульсы энергии, которые могут длиться от долей миллисекунды до примерно трех секунд. Большинство из них происходят из-за пределов галактики, хотя было обнаружено, что одно из них исходит из источника внутри Млечного Пути. Некоторые из них также повторяются, что только добавляет им загадочности.
|
|
|
|
Хотя астрофизики считают, что источником FRB, вероятно, является астрофизический процесс с высокой энергией, они не уверены, как они генерируются. Исследователи использовали гравитационные волны (GW) для наблюдения за одним из известных источников FRB, расположенных поблизости, чтобы попытаться лучше их понять.
|
|
|
|
Единственным подтвержденным источником FRB в Млечном Пути является нейтронная звезда с мощным магнитным полем — магнетар, получивший название SGR 1935+2154. Ее FRB был обнаружен в 2020 году и был первым, который был связан с источником. Хотя SGR 1935+2154 находится на расстоянии около 20 000 световых лет, она все еще достаточно близко для изучения.
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal, ученые использовали британско-немецкий детектор гравитационных волн GEO600, чтобы исследовать любые связи между FRB и гравитационными волнами. Исследование называется "Поиск с помощью GEO600 гравитационных волн, совпадающих с быстрыми радиовсплесками от SGR 1935+2154", и ведущим автором является А. Г. Абак из Института гравитационной физики имени Макса Планка.
|
|
|
|
|
|
|
FRB, как и магнетары, обладают необычайной энергией. Связь FRB с магнетаром SGR 1935-2154 - это большой шаг в понимании FRB, хотя до сих пор остается целый ряд вопросов без ответов. Некоторые магнетары многократно испускают FRB-излучение, а также светятся в рентгеновских лучах. Магнетары могут испытывать мощные звездотрясения, когда напряжение в их коре ослабевает, и высвобождаемая энергия сотрясает магнитное поле магнетара, высвобождая FRB-излучение и рентгеновские лучи. Исследователи задались вопросом, могут ли те же самые землетрясения генерировать гравитационные волны.
|
|
|
|
Может ли наблюдение за магнетаром для GWs пролить свет на магнетары и процессы, которые генерируют FRB?
|
|
|
|
"Одновременное наблюдение быстрых радиовсплесков и гравитационных волн от магнетара стало бы доказательством, которое мы искали в течение длительного времени", - сказал Джеймс Лоу, ведущий научный сотрудник немецко-британского детектора гравитационных волн GEO600 в Институте гравитационной физики Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна; AEI). в Ганновере.
|
|
|
|
Одновременное наблюдение FRB и GWs могло бы подтвердить общее происхождение звездных землетрясений, генерируемых нейтронной звездой. "Вот почему мы работали с международной командой над анализом данных, полученных с помощью GEO600, в то время как магнетар, находящийся у нашего космического порога, испускал быстрые радиовсплески", - добавляет Лоу.
|
|
|
|
Если магнетар генерирует электромагнитные волны, то они будут сильными, когда достигнут наших детекторов, и их воздействие будет легче наблюдать. В период с апреля 2020 по октябрь 2022 года SGR 1935+2154 генерировал три серии FRB, и GEO600 прослушивал их. Детектор GW является частью глобальной сети детекторов GW.
|
|
|
|
"Было важно, чтобы GEO600 мог продолжать наблюдения, пока все остальные детекторы находились на этапе модернизации", - объяснил Лоу. "В противном случае мы бы упустили возможность получить данные о гравитационных волнах во время этих захватывающих событий, происходящих так близко от нас".
|
|
|
|
К сожалению, тщательный анализ данных GEO600 не выявил признаков GWs. Однако наблюдения детектора по-прежнему были ценными. Поскольку магнетар находится так близко к нам, даже отсутствие обнаружения дало некоторую новую информацию.
|
|
|
|
Это не первый случай, когда ученые используют детекторы GW для поиска GW, испускаемых одновременно с FRB, а также GW, возникающих при вспышках магнетаров и пульсарных сбоях. Различные исследователи безуспешно пытались найти их с помощью более мощных коллабораций LIGO, Virgo и KAGRA (LVK).
|
|
|
|
"Хотя в ходе этих исследований не было обнаружено никаких обнаружений, поисковые работы установили верхние пределы для энергии в ГВТ, которая могла быть выделена в связи с этими событиями", - пишут авторы в своем исследовании.
|
|
|
|
Детекторы LVK крупнее и мощнее, чем GEO600. Их данные показывают, что максимально возможная энергия гравитационных волн, которая могла быть испущена магнетаром в период с 2020 по 2022 год и не была обнаружена, должна была быть в 10 000 раз меньше, чем астрономы пришли к выводу на основе предыдущих исследований.
|
|
|
|
Различные модели объясняют, как образуются GW в FRB, и наблюдения за GW еще недостаточно чувствительны, чтобы различать их. Однако, устанавливая пределы для силы GW, наблюдения за GW по-прежнему предоставляют информацию, которая помогает ученым совершенствовать свои модели.
|
|
|
|
Попытка связать GWs и FRB на самом деле только начинается. Хотя LIGO/Virgo не смогли наблюдать магнетар во время последних FRB, мы надеемся, что они заработают в следующем эпизоде. На этот раз их эффективность и чувствительность будут повышены.
|
|
|
|
Долгое время астрофизики предполагали, что магнетары являются источником FRB, и обнаружение FRB в SGR 1935+2154 подтверждает это, по крайней мере, для некоторых FRB. Однако точный механизм, стоящий за их генерацией, остается неясным. "Взаимосвязь между этими магнитарными вспышками и FRB плохо изучена, но, вероятно, они вызваны различными физическими процессами, даже если поведение магнитаров, лежащее в их основе, может быть связано", - пишут авторы в своем заключении.
|
|
|
|
Если будущие наблюдения GW магнетара с помощью модернизированных обсерваторий LIGO/Virgo и KAGRA смогут показать, что GW излучаются одновременно с FRB, это будет огромным достижением. "Учитывая повышенную чувствительность этих детекторов по сравнению с GEO600, любой SGR 1935+2154 FRB в течение оставшейся части O4 (цикл наблюдений 4) может предоставить еще одну возможность исследовать связь GW-FRB", - объясняют авторы исследования.
|
|
|
|
- Очень скоро все может стать захватывающим. Мы надеемся, что магнетар, который был спокоен в течение двух лет и не испускал никаких радиовсплесков, снова станет активным в ближайшие несколько месяцев", - говорит Карстен Данцманн, директор AEI и Института гравитационной физики при Университете Лейбница в Ганновере.
|
|
|
|
Международная сеть детекторов частично завершает цикл наблюдений, который продлится до июня 2025 года. "Благодаря данным, полученным с помощью более чувствительных приборов, мы сможем еще более внимательно изучить, сопровождаются ли быстрые радиовсплески магнетаров гравитационными волнами, и, возможно, таким образом разгадаем очень старую загадку", - говорит Данцманн.
|
|
|
|
Источник
|
