Астрономы из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) открыли в нашей Галактике больше 40 новых объектов, которые относятся к редкой и малоисследованной разновидности пульсаров — к классу вращающихся радиотранзиентов (RRAT), которые большую часть времени «молчат», но иногда испускают сверхмощные импульсы. Ученые полагают, что открытие новых радиотранзиентов поможет больше узнать об их происхождении. Статья с информацией об открытии первой порции объектов — пяти радиотранзиентов — опубликована в журнале Astronomy Reports и выложена в открытом доступе на сервере препринтов arXiv.org.
Первые радиопульсары — источники строго периодического излучения в радиодиапазоне — были открыты в конце 1960-х годов, сегодня в каталоги занесены больше трех тысяч таких объектов с самыми разными характеристиками. Большинство пульсаров — это быстровращающиеся нейтронные звезды, чье мощное радиоизлучение, исходящее от магнитных полюсов, со строгой периодичностьюнаук попадает в земные радиотелескопы. Но среди пульсаров есть и экзотические разновидности, некоторые из них, например, излучают не в радио-, а в рентгеновском диапазоне, некоторые, как полагают ученые, могут быть не нейтронными звездами, а белыми карликами. Наконец среди пульсаров оказались объекты, которые по каким-то причинам «пропускают» большую часть сигналов, и выдают мощные импульсы только время от времени.
Вращающиеся радиотранзиенты (Rotating Radio Transients — RRATs) открыли в 2006 году австралийские астрономы, работавшие на обсерватории Паркса. В какой-то момент они столкнулись с проблемой — они изучили все доступные им участки неба, собрали большой объем данных, но стандартные методы, с помощью которых можно было обнаружить в полученных данных пульсары, уже не давали новых находок.
Тогда они решили попробовать поискать в накопившемся архиве новым методом — по отдельным сильным импульсам. У ученых к тому моменту были данные, что некоторые пульсары по неизвестным причинам «пропускают» импульсы — то есть эти импульсы оказываются тише, чем фоновый галактический шум. Австралийцы «складывали» запись сигналов от определенных участков за большой интервал времени, а затем следили, не появится ли пик от накопленных «тихих» сигналов, свидетельствующий о том, что это все-таки пульсар.
Так удавалось обнаруживать «пульсары с нулингами», у которых среди слабого периодического излучения время от времени происходят мощные вспышки излучения, которые могут быть в тысячи раз сильнее обычных импульсов. Однако австралийские ученые неожиданно для себя нашли еще более странные объекты, у которых отдельные сверхмощные импульсы есть, а периодическое излучение, даже слабое, обнаружить не удается — 90-99 процентов импульсов у них было пропущено. Чтобы выделить их среди пульсаров, астрономы дали им название «вращающиеся радиотранзиенты». В 2006 году в данных обсерватории Паркса были обнаружены 11 таких объектов с нерегулярными вспышками длительностью от 2 до 30 миллисекунд на частоте 1,4 гигагерца.
С этого момента астрономы начали охоту за этими объектами в надежде, что удастся понять их природу. Но поиск оказался непростой задачей. Как искать то, что излучает очень редко, и вы не знаете, в какой момент оно излучит этот импульс? Остается только направить телескоп на небо, пытаясь охватить как можно большую площадь, и надеяться, что вы зафиксируете вспышку. Но для этого нужен очень чувствительный радиотелескоп.
«Мы проводили наблюдения на телескопе БСА (Большая Сканирующая Антенна), расположенном в Пущинской радиоастрономической обсерватории. Этот телескоп был сконструирован в начале 1970-х годов, и у него есть одно гигантское достоинство — у него очень большая площадь, больше семи гектаров. Он представляет собой плоское поле с проводами и диполями, их 16 384 штуки. Это гигантское поле обеспечивает гигантскую чувствительность», — говорит соавтор исследования, директор Пущинской радиоастрономической обсерватории ФИАНа, доктор физико-математических наук Сергей Тюльбашев.
Телескоп БСА, двигаясь вместе с вращающейся Землей, сканирует небо в поисках источников радиоизлучения. Его поле зрения разбито на 128 участков, которые он способен видеть одновременно. Если использовать аналогию с фотоаппаратом, можно сказать, что его полоса сканирования имеет разрешение в 128 «пикселей». Астрономы говорят, что радиотелескоп имеет 128 «лучей». Наблюдения велись непрерывно с 2014 по 2018 год. Например, в период с 1 по 28 сентября 2015 года было обнаружено 54 пульсирующих источника, 47 из них — известные пульсары, пять — новые источники, а два — ранее обнаруженные радиотранзиенты.
Новые объекты получили названия J0319+1341, J0641+0744, J1329+1344, J1336+3346 и J1556+0110. Впоследствии к ним присоединились еще несколько десятков пущинских находок.
«Надо заметить, что этих объектов на данный момент в мире обнаружено примерно сотня (некоторые источники в разных каталогах классифицируются по-разному). А в Пущино найдено примерно 45. То есть минимум треть всех радиотранзиентов в мире обнаружена в Пущино», — говорит Сергей Тюльбашев.
Ученые предполагают, что как и в случае пульсара источником импульсов от вращающихся радиотранзиентов является нейтронная звезда. Однако пока непонятно, почему они излучают нерегулярно. У ученых есть две основных гипотезы. Первая гипотеза, под которую подходят многие вращающиеся радиотранзиенты, заключается в том, что такие объекты — это пульсары с нулингами, у которых нулинги очень длинные.
«Пульсары с нулингами — это пульсары с пропущенными импульсами. А все остальные импульсы выглядят совершенно нормально и показывают свойства как у обычного пульсара. Ничего в них особенного нет. Но по каким-то причинам отдельные импульсы отсутствуют. Считается, что пульсар имеет сильный нулинг, когда у него пропущено 10-30 процентов импульсов. А в случае с вращающимися радиотранзиентами пропущено 99 процентов импульсов, то есть теоретически можно предположить, что это пульсар с очень длинным нулингом», — говорит Сергей Тюльбашев.
Вторая гипотеза предполагает, что радиотранзиенты — это пульсары со сверхмощными вспышками, большая часть импульсов которых настолько слабая, что теряется в общем фоновом шуме, и у современных телескопов не хватает чувствительности, чтобы их уловить. Но при этом ученые могут засечь редкие сверхмощные вспышки от таких пульсаров.
Ученые полагают, что наиболее предпочтительные частоты для поиска радиотранзиентов располагаются в диапазоне от 400 до 800 мегагерц. Но на таких частотах работает только один радиотелескоп в Канаде. Кроме того, ученым приходится придумывать методы борьбы с помехами от радаров аэродромов, из-за которых они улавливают много ложных объектов. В дальнейшем ученые планируют открыть в сотни раз больше радиотранзиентов, что поможет разгадать тайну их поведения.
«Распределение радиотранзиентов по расстоянию от плоскости Галактики не совпадает с распределением пульсаров. То есть, как будто это объекты другого класса. С одной стороны, это могут быть нейтронные звезды, но возможно они образовывались другим путем — не путем взрыва сверхновых звезд, как возникают обычные пульсары. Большая часть сверхновых находятся в плоскости Галактики. И поэтому почти все пульсары сконцентрированы там же. Над плоскостью Галактики поднимается их очень немного. Но, с другой стороны, и радиотранзиентов пока известно мало. Поэтому рано говорить о какой-либо статистике. Когда мы обнаружим много RRATов, надо будет все еще раз перепроверять очень аккуратно. И смотреть с точки зрения методики, нет ли каких-либо вещей, которые могли исказить статистику», — говорит Сергей Тюльбашев.