С помощью сложного радиотелескопа в Австралии учёные обнаружили самый древний и самый далёкий «быстрый радиовсплеск» — тип загадочного яркого радиоимпульса из дальнего космоса, сообщается в новом исследовании. Всплеск, известный как FRB 20220610A, получивший такое наименование, поскольку он был обнаружен 10 июня 2022 г., произошёл около восьми миллиардов лет назад, что на два миллиарда лет превышает возраст предыдущего рекордсмена FRB.

Это беспрецедентное открытие не только расширяет наши представления об этих странных всплесках в пространстве и времени, но и может помочь раскрыть всё ещё существующие тайны нашей Вселенной, включая скорость её расширения и местонахождение «пропавшей» материи, которая может скрываться между галактиками.

Уже более десяти лет астрономы озадачены классом чрезвычайно коротких и ярких вспышек из глубокого космоса, известных как быстрые радиовсплески (FRB), которые так и не получили полного объяснения. Впервые обнаруженные в 2007 году FRB представляют собой чрезвычайно яркие импульсы радиоизлучения, которые обычно длятся доли секунды. Некоторые FRB озаряют небо всего один раз, в то время как другие любопытно повторяют свои сигналы, а иногда демонстрируют странные периодические закономерности. Учёные полагают, что эти яркие космические вспышки, скорее всего, порождаются нейтронными звёздами — особым типом мёртвых звёзд, обладающих высокой плотностью и сильным магнитным полем, хотя точный механизм их возникновения до сих пор остаётся загадкой.

Теперь учёные под руководством Стюарта Райдера, астрофизика из Университета Маккуори, сообщают об открытии первого FRB, наблюдаемого на «красном смещении 1» — космологическом измерении, которое означает возраст около 8 млрд лет и расстояние около 10 млрд световых лет. Для того чтобы быть замеченным на таком огромном отрезке времени и пространства, всплеск должен был быть чрезвычайно ярким. Райдер и его коллеги описали странные свойства древней вспышки и пришли к выводу, что «FRB 20220610A и другие FRB высокой светимости трудно объяснить» с помощью существующих физических моделей, говорится в исследовании, опубликованном в четверг в журнале Science.

«Наша цель всегда заключалась в том, чтобы попытаться отследить эти быстрые радиовсплески по всей Вселенной, насколько это возможно, по двум причинам, — сказал Райдер в интервью Motherboard. — Во-первых, мы хотим понять, что их вызывает, и это то, что мы до сих пор не можем точно определить. Но другая причина заключается в том, что они могут быть очень полезны в качестве так называемых "космологических зондов". Другими словами, они могут рассказать нам о других вещах во Вселенной, не зависящих от того, что именно вызывает всплеск».

«Оказывается, что быстрые радиовсплески потенциально столь же мощны, а в перспективе, возможно, и более полезны для получения информации о структуре Вселенной, как и другие космологические зонды, такие как сверхновые», — добавил он. —Но для того чтобы это было так, мы должны иметь возможность наблюдать их на гораздо больших расстояниях, чем нам удаётся в настоящее время».

С 2007 года учёные заметили несколько десятков FRB и сумели отследить происхождение многих всплесков до галактик, расположенных в пределах нескольких миллиардов световых лет от Млечного Пути. Но когда Райдер и его коллеги впервые увидели наблюдения FRB 20220610A, полученные с помощью одного из самых чувствительных в мире радиомассивов Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), они быстро поняли, что этот всплеск мог прийти из гораздо более далёкого и древнего места.

Главным ключом к разгадке беспрецедентной природы этого всплеска стала уникальная сигнатура его света. Когда свет от FRB распространяется по Вселенной, он сталкивается с горячими газами и частицами в межгалактическом пространстве, которые растягивают более низкочастотные длины волн в импульсе. Эта картина растянутого света, известная как мера дисперсии, может помочь учёным оценить расстояние и возраст всплеска.

После наблюдения высокой дисперсии FRB 20220610A Райдер и его коллеги занялись поиском источника вспышки с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории. Команда успешно проследила происхождение вспышки до трио близких галактик, существовавших восемь миллиардов лет назад.

«Это было очень интересно — мы смогли увидеть, откуда произошла вспышка», — сказал Райдер. Судя по всему, это была сливающаяся система галактик. «Наконец, мы использовали спектрограф на "Очень большом телескопе" и измерили растяжение оптического спектра, так называемое "красное смещение" системы галактик-хозяев. Тогда мы поняли, что точно нашли самый далёкий быстрый радиовсплеск, который когда-либо был обнаружен, и не просто на небольшое расстояние: он был примерно на 50% дальше, чем предыдущий рекордсмен».

«Это было очень интересно — совершить такой скачок в пространстве и времени, — продолжил он. — Это первый всплеск, который преодолел более половины возраста Вселенной, чтобы добраться до нас на Земле».

Открытие расширило горизонт наблюдений за этими странными всплесками и позволило команде проверить теории о свойствах FRB на больших расстояниях. Например, исследователи смогли подтвердить ключевое предсказание своего коллеги Жана-Пьера Маккара (Jean-Pierre 'J-P' Macquart), который до своей кончины в 2020 г. был одним из первых исследователей FRB.

Маккарт предположил, что чем больше расстояние до FRB, тем больше диффузного газа обнаруживается между галактиками, и эта зависимость теперь известна как зависимость Маккарта. Райдер и его коллеги показали, что это предсказание в значительной степени соответствует действительности даже на беспрецедентном расстоянии до FRB 20220610A, хотя они отмечают, что непосредственное окружение вокруг источника FRB может усложнить эту зависимость. Так, для FRB 20220610A характерна более высокая дисперсия, чем предсказывается соотношением Маккварта, что позволяет предположить, что объект, породивший этот всплеск, окружён беспорядочно разбросанными пылью и газом, которые оставили свой отпечаток на его свете.

В конечном итоге учёные надеются, что чрезвычайно далёкие всплески, подобные FRB 20220610A, помогут обнаружить так называемую «недостающую» нормальную материю во Вселенной. Когда исследователи пытаются сложить всё привычное вещество в космосе, из которого состоят галактики, звезды и планеты, сумма часто не соответствует прогнозам. Учёные давно предполагают, что недостающая масса существует в виде неуловимых частиц, таких как электроны, которые дрейфуют в огромных пустотах между галактиками. FRB-излучение могло бы наконец осветить эти частицы, которые иначе трудно обнаружить.

С этой целью Райдер и его коллеги планируют продолжить изучение наблюдений ASKAP за FRB 20220610A, которое было настолько ярким, что его нельзя полностью объяснить существующими моделями. Исследователи также продолжат поиск других FRB по всему небу и надеются, что будущие телескопы, такие как огромный Square Kilometer Array, смогут обнаружить ещё более далёкие всплески, которые помогут измерить загадочные свойства Вселенной.

«Никогда не знаешь, о чём расскажет следующий всплеск, — заключил Райдер. — Может быть, когда-нибудь будет присуждена Нобелевская премия тому, кто выяснит причину всплесков, но сейчас мы просто собираемся начать использовать их [в качестве космологических зондов], потому что это прикольно».