Під час дослідження центрального регіону Чумацького Шляху за допомогою радіоінтерферометру ASCAP, астрономи відшукали короткочасне джерело радіовипромінювання. Воно мало незвичні характеристики зміни поляризації сигналу, а зафіксувати його вдалося тринадцять разів протягом півтора року. Вчені провели додаткові дослідження джерела цього сигналу за допомогою наземних телескопів та навіть космічної обсерваторії «Чандра». Втім, ані зорі, ані пульсари чи магнетари не можуть пояснити спостережувані характеристики. Стаття опублікована у The Astrophysical Journal.
Обсерваторія ASKAP / ATNF
Що спостерігали біля центру Галактики?
Транзієнтними радіоджерелами називають космічні джерела радіосигналів, які спостерігаються тільки деякий час, після чого зникають. Особливо багатим на такі джерела є регіон центру нашої Галактики, де йдуть інтенсивні процеси формування та еволюції масивних зірок. Перше пульсуюче транзієнтне джерело радіосигналу було відкрито поблизу від галактичного центру у 1976 році і згодом виявилося пульсаром. Потім транзієнтні періодичні джерела радіовипромінювання відкривали у 1992, 2002, 2005 та 2009 роках. В усіх цих випадках природу джерела радіосигналів встановити не вдалося. Відомо тільки, що ці джерела являють собою достатньо компактні об’єкти, що дійсно знаходяться поблизу від центру нашої Галактики. Ці об’єкти виділили в окремий клас радіотранзієнтів галактичного центру.
У 2019 році велика програма досліджень центральних регіонів Галактики стартувала на Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) – масиві радіотелескопів, що розташований в Австралії. Спостереження проводилися на частоті 888 мегагерц з квітня 2019 по серпень 2020. І одне з джерел, яке протягом часу спостереження було помічене тринадцять разів із великими інтервалами дуже зацікавило вчених. Воно отримало позначення ASKAP J173608.2−321635. Однак від решти раніше зареєстрованих радіотранзієнтів галактичного центру ASKAP J173608.2−321635 відрізнявся дуже помітною радіальною поляризацією, яка сягала 25 відсотків. Вчені з Університету Сіднею вирішили докладніше дослідити це джерело в інших діапазонах хвиль, для чого залучили ще цілий ряд радіоастрономічних інструментів.
Зображення з радіоінтерферометра ASKAP та радіотелескопа MeerKAT. Ziteng Wang et al
Як досліджували новий радіотранзієнт?
Для початку дослідники припустили, що нове джерело сигналу – це пульсар. І спробували його знайти за допомогою 64-метрового радіотелескопа Паркс, який працює у діапазоні від 704 до 4032 мегагерців і просто не змогли знайти кандидата на те, щоб бути джерелом раніше виявленого сигналу. Це свідчило про те, що у «тихій» фазі випромінення ASKAP J173608.2−321635 нижче за чутливість цього достатньо старого телескопу.
Далі настала черга південноафриканського радіотелескопа MeerKAT. Раніше за його допомогою теж здійснювався огляд центральних регіонів нашої Галактики, але нового дивного джерела тоді не помітив. Цей радіотелескоп працює на частоті 1,28 гігагерца. І за його допомогою у лютому 2021 року таки було виявлено джерело, положення якого приблизно відповідало ASKAP J173608.2−321635. Джерело показувало радіальну поляризацію, однак при цьому не демонструвало жодних пульсацій. При цьому джерело також було достатньо сильно лінійно поляризоване із відносно низьким поворотом площини внаслідок ефекту Фарадея.
Подальше дослідження проводили на Компактному Австралійському Радіоінтерферометрі (Australia Telescope Compact Array, ATCA). Дослідження на ньому проводилися вже на інших частотах – 2,1, 5,5 та 9,0 гігагерців. На частотах 9,0 та 5,5 гігагерців виявити джерело не вдалося. А от на частоті 2,1 гігагерца виявити його вдалося й у ньому знову не було пульсацій, але була радіальна поляризація.
Також до досліджень були залучені рентгенівські телескопи «Чандра» та «Свіфт». Однак випромінювання рентгенівських променів від ASKAP J173608.2−321635 було занадто слабким, щоб його могли помітити ці інструменти. Нарешті було здійснено інфрачервоний огляд неба і завдяки йому та попереднім дослідженням таки чітко локалізовано джерело випромінювання, яке на інфрачервоних знімках нічим не виділялося з оточуючого середовища.
Визначення положення нового радіоджерела. Ziteng Wang et al
Що все ж відшукали вчені?
Дослідники спробували зрозуміти, чим же насправді є ASKAP J173608.2−321635. У своїх припущеннях вони враховували основні особливості джерела, встановлені в процесі досліджень. Між активною та неактивною фазами воно збільшує свою активність у сто разів. Також активність джерела може зберігатися протягом тижнів, після чого воно зникає за одну добу. Нове радіоджерело демонструє радіальну та лінійну поляризації, а також низьку активність у рентгенівському діапазоні.
Перше, що перевірили дослідники, чи є джерело внутрішньо галактичним, чи ми насправді бачимо крізь центр Галактики щось, що знаходиться далеко за її межами. Але аналіз даних дозволив встановити, що джерело точно знаходиться неподалік від центру нашої Галактики, а не є, наприклад, активним ядром якоїсь іншої галактики.
Залишилися лише внутрішньогалактичні об’єкти, які можуть бути джерелом радіовипромінювання. До них відносяться деякі зорі, пульсари та рентгенівські подвійні зірки. Останній варіант було відкинуто одразу через відсутність помітного рентгенівського випромінювання.
Що стосується зірок, то джерелами радіовипромінювання можуть бути деякі білі карлики та деякі зірки-гіганти. Дослідники перевірили обидва припущення та дійшли висновку, що жоден із вказаних типів зірок не міг би створити картину випромінення, що спостерігається. У зірок, зазвичай, величини рентгенівського та радіовипромінювань зазвичай корелюють,а у ASKAP J173608.2−321635 активність у рентгенівському діапазоні значно нижча за активність у радіодіапазоні.
Далі були перевірені пульсари. Звичайні пульсари мають період обертання, що вимірюється мілісекундами та секундами. Але крім власне обертання зміну їх активності може спричиняти й прецесія вісі обертання, яка відбувається значно повільніше. Але у жодного із відомих пульсарів навіть прецесія не може тривати тижнями. Тож традиційні нейтронні зірки відпадають.
Але крім них є ще і магнетари – різновид нейтронних зірок, що мають надзвичайно потужне магнітне поле. І ось верхня межа періодичності магнетарів дійсно лежить у тих самих межах, що і періодичність появ-зникнень ASKAP J173608.2−321635. Але авторам публікації не вдалося остаточно встановити, чи є цей об’єкт магнетаром, бо для цього необхідні дослідження на вищих радіочастотах, ніж ті, на яких відбувалося спостереження.
Також дослідники розглянули ще одну можливість. Що зазначена вище картина випромінювання визначається не стільки самим об’єктом, а умовами його спостереження. Якщо випромінювання від якогось потужного джерела радіохвиль на своєму шляху проходить крізь потужне гравітаційне поле або плазму поверхні зірки, то це дійсно може викликати й поляризацію, і зміни інтенсивності випромінювання, і всі інші особливості. Але даних для підтвердження цього припущення, як і у попередньому випадку, недостатньо.