Где-то за краем Млечного Пути пульсирует сигнал. Он короткий. Он короче, чем мгновение, но достаточно мощный, чтобы его можно было обнаружить за миллиарды световых лет. Он не дрейфует и не рассеивается. Он появляется в виде всплеска, быстрого и сфокусированного, без видимого источника. Когда в 2007 году был обнаружен первый такой всплеск, это показалось случайностью. Но когда некоторые из них начали повторяться, вопросы стало трудно игнорировать.

Повторение говорит о процессе. Однократный всплеск может быть чем угодно: столкновением, взрывом, умирающей звездой… или чем-то еще более загадочным. Но сигнал, который возвращается, означает, что что-то по-прежнему активно. Что-то посылает энергию через пространство, снова и снова, по циклу, который мы еще не расшифровали. И спустя более десяти лет после первого обнаружения его происхождение остается загадкой.

Что обнаруживают астрономы

Быстрые радиовсплески, или FRB, впервые вошли в научный оборот в 2007 году. Сигнал был зафиксирован несколькими годами ранее радиотелескопом Паркс в Австралии, но его не заметили, пока исследователи не изучили архивные данные. Импульс длился всего несколько миллисекунд и был гораздо более рассеянным, чем любой известный сигнал из нашей галактики. Поначалу казалось, что это шум, помехи, программная ошибка или что-то локальное. Но сигнал не совпадал ни с одной известной земной моделью.

По мере накопления данных становилось ясно, что это что-то новое. В течение следующих нескольких лет астрономы обнаружили другие подобные всплески — все короткие, все яркие, и все они исчезли до того, как кто-то успел их отследить. Большинство FRB появляются один раз. В них нет ни закономерности, ни повторения, ни возможности для последующего наблюдения. Их непредсказуемость делает их трудными для изучения.

Но то, что они показывают, вполне закономерно. Сигналы поступают не из земной атмосферы, они не являются результатом работы спутников или местных помех. Они приходят далеко за пределы Млечного Пути, их частоты задерживаются газом, через который они проходят. Эта задержка, известная как дисперсия, дает астрономам возможность оценить, как далеко пролетел каждый всплеск. Некоторые из них преодолели миллиарды световых лет. А потом появился один, который не исчез.

Сигнал, который вернулся

В 2012 году астрономы с помощью радиотелескопа Аресибо в Пуэрто-Рико зафиксировали всплеск радиоизлучения, который соответствовал профилю быстрого радиовсплеска. Он длился всего несколько миллисекунд, но выделялся по другой причине. В последующие годы этот же телескоп, а также другие, зафиксировали еще несколько всплесков из той же самой точки неба. Таким образом, это был первый известный ретранслятор. Сигнал стал известен как FRB 121102.

Позднее его происхождение было отслежено до небольшой карликовой галактики, расположенной на расстоянии около трех миллиардов световых лет от Земли. Конкретный объект, производящий всплески, никогда не наблюдался напрямую, но его местоположение было определено с высокой точностью. Всплески продолжают поступать, иногда в виде скоплений, иногда с разрывом в несколько дней или недель. В общей сложности на данный момент зарегистрированы сотни.

Это открытие изменило отношение астрономов к FRB. Их перестали считать одноразовыми. Некоторые источники могли повторяться. И как только повторение было подтверждено, это открыло возможность для поиска закономерностей. В 2020 году исследователи, работающие с телескопом CHIME, обнаружили другой повторяющийся сигнал, FRB 180916, который следовал 16,35-дневному циклу. Это был первый случай, когда было замечено периодическое поведение FRB.

Зарождается цикл

В начале 2020 года исследователи, работающие на радиотелескопе CHIME в Британской Колумбии, сообщили о прорыве. Один из повторяющихся быстрых радиовсплесков, за которым они наблюдали, FRB 180916.J0158+65, вел себя по-другому. Казалось, что источник включается и выключается через регулярные промежутки времени. В течение 16,35-дневного цикла он излучал всплески около четырех дней, а затем затихал на следующие двенадцать. Это время оставалось неизменным на протяжении нескольких месяцев наблюдений, что стало первым случаем, когда FRB продемонстрировал стабильный ритм.

Это открытие заставило изменить мышление. До этого момента FRB представлялись хаотичными, одиночными всплесками или повторами без видимого расписания. Цикл предполагал наличие структуры. Механизм модулировал активность, и эта регулярность исключала самые непостоянные или чисто случайные причины. Это также позволило предположить физическую модель. Некоторые исследователи предположили, что объект, генерирующий всплески, может находиться на орбите другого тела. Другие указывали на возможность колебания нейтронной звезды, всплески которой видны с Земли только тогда, когда луч излучения выравнивается.

Какова бы ни была причина, точность цикла дала новую точку опоры. Он позволил телескопам готовиться к активным периодам и собирать более качественные данные. Это также позволило выявить новую категорию поведения — FRB, которые следуют за периодическими окнами активности, а не за чисто случайными триггерами. Это различие стало центральным в том, как теперь классифицируются различные источники FRB.

FRB 180916 исходит из спиральной галактики, расположенной примерно в 500 миллионах световых лет от Земли. Это самый близкий локализованный FRB из обнаруженных на сегодняшний день. Кроме того, он стал первым, обнаруженным в галактике, похожей на нашу собственную. Большинство предыдущих локализованных FRB, таких как FRB 121102, возникали в небольших нерегулярных карликовых галактиках с высокой скоростью звездообразования. Этот новый источник опроверг предположение о том, что для повторения FRB требуется экстремальная среда. Если подобные сигналы могут исходить из более спокойных и привычных галактик, то их происхождение может быть более разнообразным, чем предполагали исследователи.

Что может вызвать повторяющийся космический сигнал

Существует несколько ведущих теорий о том, что может вызвать повторяющийся космический сигнал, подобный тому, что наблюдался в FRB 180916. Наиболее известная из них связана с магнетарами — нейтронными звездами с чрезвычайно сильными магнитными полями. В 2020 году астрономы наблюдали, как магнетар в нашей собственной галактике, SGR 1935+2154, испустил радиовсплеск, по характеристикам похожий на быстрый радиовсплеск. Хотя этот всплеск был гораздо слабее внегалактических FRB, он подтвердил, что магнетары способны производить подобные сигналы.

Магнетары — это компактные остатки, образовавшиеся после взрывов сверхновых. Они сильно намагничены и часто испускают всплески рентгеновского и гамма-излучения, особенно во время звездотрясений или магнитных пересоединений. Некоторые ученые полагают, что в определенных экстремальных условиях эти же механизмы могут вызывать короткие и мощные радиовсплески. Однако большинство известных магнетаров не излучают повторяющихся радиовсплесков. Модель магнетара для ретрансляторов может требовать дополнительных факторов, таких как наличие плотной плазмы поблизости или выравнивание с Землей во время активных фаз.

Другие объяснения связаны с бинарными системами. В этом случае нейтронная звезда или магнетар вращается вокруг другого объекта, возможно, массивной звезды. На части орбиты взаимодействие между звездными ветрами или магнитными полями может вызвать всплески. В остальное время система остается спокойной. Такой тип орбитальной модуляции может объяснить периодические периоды активности, наблюдаемые у некоторых ретрансляторов.

Более спекулятивные модели включают в себя взаимодействие вблизи черных дыр, особенно там, где материал втягивается в аккреционный диск. В таких условиях могут возникать сильные электромагнитные возмущения, хотя ни один FRB еще не был окончательно связан с такой системой. В настоящее время нет единой модели, объясняющей все наблюдаемое поведение FRB. Разнообразие сигналов говорит о том, что за них может отвечать более чем один тип двигателя.

Откуда приходят эти сигналы

Не все быстрые радиовсплески приходят из-за пределов Млечного Пути. В 2020 году астрономы обнаружили сигнал, похожий на FRB, от магнетара в нашей собственной галактике. Хотя он был гораздо слабее, чем внегалактические всплески, он подтвердил, что подобное явление может происходить и на местном уровне. Однако большинство FRB все еще исходит от далеких галактик, удаленных на многие миллиарды световых лет.

Самые близкие подтвержденные внегалактические FRB пролетели сотни миллионов лет, прежде чем достигли Земли. Самые отдаленные были отслежены до галактик в ранней Вселенной. В некоторых случаях галактики-хозяева малы и быстро формируют звезды. Другие — более крупные и стабильные. После обнаружения носителя астрономы изучают его структуру и окрестности с помощью оптических и радиотелескопов. Всплески были обнаружены как в центральных областях, так и на окраинах галактик.

Такой разброс условий привел исследователей к подозрению, что у всех FRB может быть не одна причина. Некоторые из них могут быть порождены магнетарами. Другие могут происходить из бинарных систем или в результате взаимодействий, которые нам еще предстоит определить. Разнообразие источников усложняет классификацию, но и расширяет возможности.

Когда эти сигналы пересекают пространство, они проходят через облака межгалактического газа. По пути они задерживаются и рассеиваются таким образом, что раскрывают информацию о материи, через которую проходят. Теперь ученые используют эти искажения для изучения пространства между галактиками — области, в которой находится большая часть недостающей барионной материи Вселенной, но которую было трудно наблюдать напрямую.

Что известно и чего еще не хватает

С 2007 года астрономы зарегистрировали более тысячи быстрых радиовсплесков, многие из которых были обнаружены только за последние несколько лет. Большинство из них появляются один раз и больше не возвращаются, а если и возвращаются, то их циклы не укладываются в те временные рамки, которые мы можем наблюдать. Небольшое количество повторяется. Они стали наиболее изученными не потому, что типичны, а потому, что доступны.

Ученые исключили земные помехи. Эти сигналы приходят далеко за пределы нашей атмосферы, задерживаются и рассеиваются газом между галактиками. Это не шум. Они последовательные, направленные и мощные. Их особенности напоминают некоторые известные явления, такие как вспышки магнетаров, но не все FRB ведут себя одинаково. Ни одна модель не объясняет все всплески.

Чего по-прежнему не хватает, так это прямого взгляда на источник. Были получены изображения галактик-хозяев, составлены карты постоянных радиоисточников, но фактический объект, звезда, система или механизм, генерирующий всплеск, никогда не был виден. Сигнал поступает в виде радиоданных. Он длится миллисекунды. Нет ни света, ни изображения, ни структуры, которую можно было бы изучить.

Поэтому астрономам приходится работать в обратном направлении, восстанавливая причину из следствия. Время, сила и спектральная форма сигнала — это все, что существует. Пока FRB не будет пойман на месте преступления или не будет замечен его многоволновый аналог, его двигатель остается недосягаемым.

Повторяющийся космический сигнал приходит без намерения, но не без смысла. Каждый импульс — это запись чего-то реального, события, коллапса, процесса, который все еще разворачивается. То, что он повторяется, означает, что он продолжается. Что-то там, в другой галактике, продолжает посылать эти вспышки.

Хотя большинство ученых согласны с тем, что сигналы исходят из экстремальных природных условий, некоторые предлагают более спекулятивное происхождение. Некоторые исследователи предположили, что регулярность, яркость и энергетический профиль некоторых FRB могут соответствовать искусственной генерации, возможно, с помощью световых парусов или других мощных технологий. Никаких доказательств в пользу этого пока нет. Но во Вселенной, состоящей из триллионов звезд и неизвестных цивилизаций, такая возможность не исключена.

Пока что быстрые радиовсплески остаются необъяснимыми. Они являются одними из самых мощных сигналов, когда-либо наблюдавшихся, и одними из самых малоизученных. Происходят ли они от разрушающихся звезд или чего-то более странного, они все еще прибывают.