DigitalArtSpace

Согласно недавнему исследованию, быстрые радиовсплески (FRB) могут возникать в результате экстремальных плазменных ускорений, наблюдаемых в «монструозных волнах» (Monster Shocks) – наиболее мощных ударных волнах, существующих во Вселенной).

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе впервые создали глобальную модель магнитосфер магнитаров. Полученные результаты показали, что именно эти явления, характеризующиеся крайней интенсивностью, способны порождать FRB – таинственные радиосигналы, длительность которых составляет доли секунды, поступающие из далёких уголков Вселенной.

Магнитары, молодые нейтронные звезды, обладающие чрезвычайно мощным магнитным полем, рассматриваются как вероятные источники FRB. Их внутреннее состояние ещё не достигло стабильности после интенсивного формирования, что вызывает возникновение мощных волн в окружающей плазме. Быстрые магнитозвуковые волны генерируются в магнитосферах магнитаров вследствие различных явлений, например, звёздных толчков, смещений коры или трансформации мод.

При распространении волны за пределы магнитосферы её амплитуда снижается, однако уменьшение магнитного поля происходит ещё быстрее. Это вызывает рост относительной амплитуды волны, пока она не достигнет уровня, сопоставимого с фоновым полем. В итоге магнитные волны давления могут переходить в «монструозные волны» – самые мощные ударные волны, известные во Вселенной, способные создавать когерентное радиоизлучение, необходимое для возникновения FRB.

Уникальный механизм формирования отличает «монстров» от остальных астрофизических ударных волн. Плазма, находящаяся перед ударной волной, поглощается её фронтом. На этом этапе происходит ускорение плазмы до очень высоких энергий, которые высвобождаются при взаимодействии с ударной волной. Благодаря исключительно мощным магнитным полям магнитаров, «монстры» значительно эффективнее рассеивают магнитную энергию по сравнению с другими астрофизическими ударными волнами.

В рамках исследования впервые выполнены двухмерные глобальные моделирования методом particle-in-cell (PIC), позволяющие учесть как крупномасштабную структуру магнитосферы, так и кинетическую физику ударных волн. Моделирование продемонстрировало, что «монстры» приводят к ускорению плазмы до очень высоких значений фактора Лоренца, которые прямо пропорциональны намагниченности фона и длине волны-предшественника. Кроме того, было установлено, что ударные волны обладают трехмерной структурой, ограничивающей когерентное ГГц-излучение узкой экваториальной областью.

Сравнив данные моделирования с аналитическими формулами, исследователи смогли спрогнозировать характеристики волн-предшественников в условиях, максимально приближенных к реальным для магнитаров. Так, для магнитара с поверхностным магнитным полем порядка 10¹⁵ Гаусс, производящего рентгеновский всплеск с мощностью 10⁴² эрг/с, механизм «монструозных волн» указывает на генерацию радиоизлучения с пиком около 0,22 ГГц, светимостью примерно 10³⁸ эрг/с и продолжительностью около 0,5 мс для отдельных ударных волн. В случае галактического магнитара SGR 1935+2154, ассоциирующегося с FRB 200428, рассчитанная частота излучения вблизи 1,4 ГГц согласуется с обнаружением STARE2 в диапазоне от 1,281 до 1,468 ГГц.

Обнаруженный механизм «монструозных волн» также позволяет объяснить высокую эффективность генерации волн-предшественников, что необходимо для объяснения FRB. В отличие от традиционных представлений о физике ударных волн, согласно которым в сильно намагниченных средах генерация волн-предшественников должна быть крайне неэффективной, в случае «монстров» плазма эффективно ускоряется перед входом в ударную волну, что существенно увеличивает эффективность когерентного излучения.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.