Швидкі радіосплески (Fast Radio Bursts, FRBs) залишаються загадкою для вчених з моменту їхнього відкриття у 2007 році. Як випливає з назви, це надзвичайно короткі сплески радіовипромінювання, що тривають лише мілісекунди. Водночас вони є надзвичайно потужними, інколи вивільняючи більше енергії, ніж 500 мільйонів Сонць за такий короткий проміжок часу.

FRBs важко вивчати, оскільки більшість із них з’являються лише один раз. Це робить їх непередбачуваними та складними – але не неможливими – для відстеження до джерела. Низка таких одноразових FRBs була пов’язана з галактиками, розташованими за мільйони чи навіть мільярди світлових років.

Астрономи також можуть досліджувати властивості радіосвітла, як-от його поляризацію, щоб з’ясувати, через яке середовище воно пройшло на шляху до Землі. Які типи зірок можуть випромінювати FRBs, досі залишається загадкою, але все більше доказів вказує на магнетари.

Магнетари – це надзвичайно незвичайні нейтронні зорі, які самі по собі є залишками надщільного ядра зірки, що вибухнула як наднова. Однак магнетари мають набагато потужніші зовнішні магнітні поля, ніж звичайні нейтронні зорі – приблизно в 1000 разів сильніші. Це найпотужніші магнітні поля у Всесвіті.

“Навколо цих сильно намагнічених нейтронних зірок, відомих як магнетари, атоми не можуть існувати – їх би просто розірвали магнітні поля,” – каже фізик Кійоші Масуї з MIT.

“Найцікавіше в цьому те, що енергія, яка зберігається у магнітних полях поруч із джерелом, може викривлятися і переналаштовуватися таким чином, що вона вивільняється як радіохвилі, які ми можемо спостерігати за пів Всесвіту.”

Щоб простежити походження FRB, Німмо та її колеги вивчили властивість, відому як сцинтиляція, у події FRB 20221022A, вперше зафіксованій у 2022 році та пізніше прив’язаній до галактики на відстані 200 мільйонів світлових років. Сцинтиляція – це те, що змушує зорі мерехтіти, тобто викривлення шляху світла під час його проходження через газ у космосі. Чим довша відстань, тим сильніше мерехтіння.

FRB 20221022A є доволі типовим для FRBs: тривалість близько 2 мілісекунд і середня потужність. Це робить його чудовим прикладом для розуміння властивостей інших FRBs.

Супутнє дослідження, яке вивчало поляризацію світла від FRB 20221022A – тобто ступінь, до якого орієнтація його хвиль викривлена – виявило S-подібний вигин, який відповідає об’єкту, що обертається. Це свідчить про те, що сигнал походив із дуже близької околиці обертового об’єкта.

Німмо та її колеги визначили, що якщо вони зможуть виміряти ступінь сцинтиляції FRB 20221022A, то зможуть розрахувати розмір регіону, з якого він походить. Світло від FRB показало сильну сцинтиляцію, що дозволило дослідникам знайти газову область, яка викривила сигнал. Використовуючи цю область як лінзу, вони звузили джерело FRB до меж у 10 000 кілометрів (6 213 миль) від його магнетарного джерела.

“Зум у межах регіону 10 000 кілометрів на відстані 200 мільйонів світлових років – це як виміряти ширину спіралі ДНК, близько 2 нанометрів, на поверхні Місяця,” – каже Масуї. “Це дивовижний масштаб.”

Це перший переконливий доказ того, що позагалактичні FRBs можуть походити з магнітосфери сильно намагнічених нейтронних зірок. Але це ще не все. Техніки, використані командою, показують, що сцинтиляція може бути потужним інструментом для дослідження інших FRBs, дозволяючи астрономам зрозуміти, наскільки вони різноманітні – і чи можуть інші типи зірок також вивільняти ці потужні сплески.

“Ці сплески відбуваються постійно,” – додає Масуї. “Можливо, вони дуже різноманітні за своїми властивостями та місцями виникнення, і ця техніка сцинтиляції буде надзвичайно корисною для розкриття фізичних процесів, що їх викликають.”

Дослідження було опубліковано в журналі Nature.