|
Загадочные столкновения астероидов с мертвыми звездами
|
|
|
|
Ученые обнаружили, что загадочные энергетические всплески, называемые быстрыми радиовсплесками (FRB), могут возникать, когда астероиды врезаются в сверхплотные мертвые звезды, называемые нейтронными звездами. При таком столкновении высвобождается достаточно энергии, чтобы обеспечить потребности человечества в электроэнергии на 100 миллионов лет!
|
|
|
|
FRB - это кратковременные импульсы радиоволн, которые могут длиться от долей миллисекунды до нескольких секунд. За этот период FRB может высвободить такое же количество энергии, на излучение которого солнцу потребовалось бы несколько дней.
|
|
|
|
Впервые FRB был замечен в 2007 году, и с тех пор эти энергетические всплески сохраняли свою ауру таинственности, поскольку до 2017 года их нечасто обнаруживали. Это был год, когда канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода (CHIME) был запущен в эксплуатацию и начал часто обнаруживать FRB.
|
|
|
|
"FRB до сих пор не поддаются объяснению, мы насчитали более 50 потенциальных гипотез о том, откуда они берутся!" - сказал руководитель группы и ученый из Университета Торонто Данг Фам Space.com.
|
|
|
|
Ранее высказывались предположения о возможной связи между FRB и астероидами, а также кометами, сталкивающимися с нейтронными звездами. Это новое исследование, проведенное Фамом и его коллегами, еще больше подтверждает эту связь.
|
|
|
|
|
|
|
"Уже много лет известно, что астероиды и кометы, сталкивающиеся с нейтронными звездами, могут вызывать сигналы, подобные FRB, но до сих пор было неясно, происходит ли это достаточно часто во Вселенной, чтобы объяснить скорость, с которой мы наблюдаем появление FRB", - сказал Фам. "Мы показали, что межзвездные объекты (ISO), малоизученный класс астероидов и комет, которые, как считается, находятся между звездами в галактиках по всей Вселенной, могут быть достаточно многочисленны, чтобы их столкновения с нейтронными звездами могли объяснить появление FRB!"
|
|
|
|
Фам добавил, что исследование команды также показало, что другие ожидаемые свойства этих столкновений совпадают с наблюдениями за FRB, такими как их продолжительность, энергия и скорость, с которой они происходят в течение всего времени существования Вселенной.
|
|
|
|
Возникает вопрос: даже при том, что столкновения с астероидами могут быть разрушительными (просто спросите динозавров), как они могли высвободить такое же количество энергии, на излучение которого звезде требуются дни?
|
|
Экстремальные звезды означают экстремальные взрывы
|
|
|
|
Нейтронные звезды образуются, когда массивные звезды умирают и их ядра разрушаются, создавая плотные тела с массой Солнца, которые по ширине не превышают среднестатистический город на Земле.
|
|
|
|
В результате получается звездный остаток с экстремальными свойствами, такими как самая плотная материя в известной Вселенной (одна чайная ложка весила бы 10 миллионов тонн, если бы ее доставили на Землю) и магнитные поля, которые являются самыми сильными во Вселенной, в триллионы раз более мощными, чем магнитосфера Земли.
|
|
|
|
"Нейтронные звезды - это экстремальные объекты, масса которых превышает массу Солнца, сжатого в сферу диаметром около 12 миль (20 км), что обеспечивает им одни из самых сильных гравитационных и магнитных полей во Вселенной", - сказал член команды и астрофизик из Оксфордского университета Мэтью Хопкинс Space.com. "Это означает, что при падении на астероид или комету высвобождается огромное количество потенциальной энергии в виде вспышки радиоволн, достаточно яркой, чтобы ее можно было увидеть во всей Вселенной".
|
|
|
|
Итак, о каком количестве энергии мы здесь говорим? Чтобы обдумать это, давайте заменим астероид на что-нибудь более сладкое.
|
|
|
|
По данным Центра полетов имени Годдарда НАСА, если бы зефир нормального размера упал на поверхность нейтронной звезды, гравитационное воздействие мертвой звезды было бы настолько велико, что лакомство разогналось бы до скорости в миллионы миль в час. Это означает, что при столкновении "маршмеллоу" с нейтронной звездой высвобождается энергия, эквивалентная одновременному взрыву тысячи водородных бомб!
|
|
|
|
Точное количество энергии, высвобождаемой при столкновении астероида и нейтронной звезды, зависит от нескольких факторов.
|
|
|
|
"Выделяемая энергия зависит от размера астероида и напряженности магнитного поля нейтронной звезды, которые могут сильно различаться, на несколько порядков", - добавил Хопкинс. "Для астероида диаметром 0,62 мили (1 км) и нейтронной звезды с поверхностным магнитным полем, напряженность которого более чем в триллион раз превышает напряженность магнитного поля Земли, мы рассчитали, что выделяемая энергия составит около 10^ 29 джоулей (это 10, за которыми следуют 28 нулей).
|
|
|
|
"Это огромное количество, примерно в сто миллионов раз превышающее количество энергии, потребляемой всем человечеством за год!"
|
|
|
|
Очевидно, что астероиды, сталкивающиеся с нейтронными звездами, могут выделять достаточно энергии, чтобы объяснить появление FRB, но достаточно ли часты эти столкновения, чтобы объяснить наблюдения FRB?
|
|
Могут ли астероиды "комбинированно атаковать" нейтронные звезды, создавая повторные FRB?
|
|
|
|
Астрономы фиксировали вспышки по всему небу, и, по оценкам некоторых ученых, каждый день в случайных точках неба над Землей может происходить 10 000 вспышек. Если эта команда права, то это означает, что столкновения нейтронных звезд с астероидами происходят очень часто.
|
|
|
|
Межзвездных пород в Млечном Пути, безусловно, достаточно много, чтобы объяснить этот показатель; только в нашей галактике их около 10^ 27 (за 10 следуют 26 нулей). Но как часто они сталкиваются с нейтронной звездой?
|
|
|
|
"Столкновение одной нейтронной звезды с межзвездным объектом происходит редко. По нашим оценкам, в Млечном Пути это происходит примерно раз в 10 миллионов лет", - сказал Фам. "Однако в галактике много нейтронных звезд, и галактик много! В совокупности мы обнаруживаем, что частота столкновений нейтронных звезд с межзвездными объектами во Вселенной сравнима с наблюдаемыми в настоящее время скоростями FRB".
|
|
|
|
Кроме того, исследователь отметил, что количество нейтронных звезд и межзвездных объектов увеличивается с течением времени существования Вселенной. Это означает, что частота столкновений нейтронных звезд и межзвездных объектов также должна увеличиваться с течением космического времени.
|
|
|
|
"Если эта модель верна, то мы должны наблюдать увеличение частоты FRB по мере старения Вселенной", - сказал Фам. "Это остается открытым исследовательским вопросом, который можно было бы решить с помощью дополнительных наблюдений!"
|
|
|
|
Даже если эта теория верна, она не дает ответа на все вопросы о FRB. Это происходит главным образом потому, что существует два типа этих энергетических всплесков радиоволн.
|
|
|
|
До сих пор мы говорили о единичных FRB. Однако существуют также повторяющиеся FRB, которые запускаются более одного раза. Могут ли повторные FRB также объясняться вторжениями астероидов?
|
|
|
|
"Мы обнаружили, что эта модель не может объяснить повторяющиеся вспышки, потому что столкновение нейтронной звезды с межзвездной породой является редким случайным событием", - пояснил Хопкинс. "Столкновение отдельной нейтронной звезды с межзвездным объектом - редкость. Для сравнения, повторяющиеся всплески FRB обычно происходят с гораздо большей скоростью, причем некоторые наблюдаются со скоростью двух всплесков в час!"
|
|
|
|
Предыдущие исследования показали, что если единичный FRB вызван столкновением нейтронной звезды с астероидом, то повторяющиеся FRB могут представлять собой столкновение этих мертвых звезд с поясом астероидов, подобным тому, который находится в нашей Солнечной системе между Марсом и Юпитером.
|
|
|
|
"Вокруг этой идеи все еще ведутся споры, в частности, о том, насколько плотными должны быть эти поля обломков. Этот сценарий выходит за рамки того, что мы рассматривали в нашей модели, согласно которой нейтронные звезды сталкиваются с межзвездными объектами", - сказал Фам. "Необходимы дальнейшие наблюдения, чтобы понять механизмы выбросов FRB и их источники".
|
|
|
|
Фам и Хопкинс отметили, что частота столкновений нейтронной звезды с межзвездным объектом будет зависеть от типа галактик, таких как эллиптические или спиральные галактики, в которых они происходят. Это означает, что астрономам нужно будет наблюдать больше FRB и отслеживать их до галактик-хозяев, чтобы определить, какой тип галактик в наибольшей степени связан с этими вспышками энергии.
|
|
|
|
"Понимание эволюции скоростей FRB за космическое время также может помочь нам лучше понять эту модель", - добавил Фам. "Дополнительные наблюдения за FRB также могут наложить дополнительные ограничения на то, насколько энергичными являются эти события, что даст нам информацию о том, как испускаются FRB". Исследовательская группа сообщила, что Space.com это будет сделано с помощью наблюдательных проектов FRB, таких как CHIME, канадская водородная обсерватория и детектор радиопереходных процессов (CHORD), а также австралийская система слежения за квадратными километрами (ASKAP).
|
|
|
|
"Дополнительные работы по определению того, насколько населены галактики межзвездными объектами, также дадут нам более подробную информацию о том, как часто нейтронные звезды могут сталкиваться с этими объектами во Вселенной", - заключил Фам.
|
|
|
|
Источник
|
