Nuo 2007 m. Astronomai užfiksavo apie 20 paslaptingų radijo impulsų, kurių šaltiniai buvo toli už mūsų Galaktikos. BBC Earth apžvalgininkas nusprendė sužinoti daugiau apie šį reiškinį.
Visatoje netrūksta keistų ir iki galo nesuprantamų reiškinių - nuo juodųjų skylių iki pašalinių planetų. Mokslininkai turi dėl ko susimąstyti.
Tačiau viena paslaptis pastaraisiais laikais ypač jaudino astronomus - paslaptingi radijo spinduliuotės pliūpsniai kosmose, vadinami greitais radijo impulsais.
Jie trunka tik kelias milisekundes, tačiau jie išleidžia apie milijoną kartų daugiau energijos, nei Saulė pagamina per tą patį laikotarpį.
Nuo pirmojo tokio impulso atradimo 2007 m. Astronomams pavyko užregistruoti mažiau nei 20 tokių atvejų - visi jų šaltiniai buvo už mūsų Galaktikos ribų ir tolygiai pasiskirstę po dangų.
Tačiau teleskopai bet kuriuo metu linkę stebėti mažas dangaus dalis.
Jei gautus duomenis ekstrapoliuosime visame danguje, tai, kaip spėja astronomai, tokių radijo impulsų skaičius gali siekti 10 tūkstančių per dieną.
Niekas nežino šio reiškinio priežasties.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Astronomai, žinoma, turi daugybę galimų paaiškinimų, kai kurie iš jų skamba labai egzotiškai: neutroninių žvaigždžių susidūrimai, juodųjų skylių sprogimai, kosminių stygų lūžiai ir net nežemiško intelekto veiklos rezultatai.
"Dabar yra daugiau teorijų, bandančių paaiškinti greito radijo impulsų pobūdį, nei iš tikrųjų yra impulsų", - sako Duncanas Lorimeris, JAV Vakarų Virdžinijos universiteto mokslininkas ir tyrimo grupės, atradusios patį pirmąjį greitąjį radijo impulsą (dar vadinamą Lorimerio impulsu), vadovas. „Tai palanki dirva teoretikams“.
Bet net jei paaiškėja, kad greito radijo impulsų pobūdis yra daug įprastas, jie vis tiek gali būti labai naudingi mokslui.
Jie neabejotinai sukels mūsų visatos supratimą.
Šie radijo signalai yra lyg lazerio spinduliai, perveriantys Visatą ir savo kelyje susiduriantys su magnetiniais laukais, plazma ir kitais kosminiais reiškiniais.
Kitaip tariant, jie užfiksuoja informaciją apie tarpgalaktinę erdvę kelyje ir gali būti unikalus įrankis Visatai tyrinėti.
„Jie neabejotinai sukels mūsų visatos supratimą, nes iš jų galima atlikti labai tikslius matavimus“, - sako Pengas Wee-Li, Toronto universiteto astrofizikas.
Tačiau prieš tai įvykstant, mokslininkams reikia geriau suprasti greito radijo impulsų pobūdį.
Per pastaruosius kelis mėnesius astronomai šioje srityje padarė daug žadančią pažangą.
Pirmas dalykas, kuris sužavėjo Lorimerį apie jo atrastą pulsą, buvo jo intensyvumas.
Lorimeris ir jo kolegos peržiūrėjo archyvinius duomenų rinkinius, surinktus per Parks radijo teleskopą Australijoje. Jie ieškojo radijo impulsų - pavyzdžiui, tų, kuriuos skleidžia greitai besisukančios neutroninės žvaigždės, vadinamieji pulsarai.
Tą naktį taip jaudinausi, kad negalėjau užmigti
Matthew Balesas, astronomas
Šios žvaigždės, kurių kiekviena yra didelio miesto skersmens, turi atominio branduolio tankį ir gali suktis greičiu, viršijančiu 1000 apsisukimų per sekundę.
Tuo pačiu metu jie skleidžia siaurai nukreiptus radijo spinduliuotės srautus, dėl kurių jie dar vadinami kosminiais švyturiais.
Pulsarų skleidžiami radijo signalai stebėtojui iš Žemės atrodo kaip pulsacijos.
Tačiau Lorimerio komandos aptiktas signalas buvo labai keistas.
„Jis buvo toks intensyvus, kad užgožė teleskopo elektroninius komponentus“, - prisimena Lorimeris. - Tai nepaprastai radijo šaltiniui “.
Pulsas truko apie 5 milisekundes, po to jo intensyvumas sumažėjo.
„Prisimenu, kai pirmą kartą pamačiau impulsų diagramą“, - sakė Lorimerio komandos narys Matthewas Balesas, astronomas Swinburne'o technologijos universitete, Australijoje. - Tą naktį buvau taip susijaudinęs, kad negalėjau užmigti.
Maždaug penkerius metus po Lorimerio impulso atradimo jis liko nepaaiškinta anomalija.
Kai kurie mokslininkai tikėjo, kad tai tik instrumentinis kišimasis. O 2015 metais paskelbtame tyrime teigiama, kad panašių parametrų impulsai užfiksuojami veikiant mikrobangų krosnelėms, įrengtoms parkų observatorijos ekonominėje dalyje.
Jų šaltiniai yra už mūsų Galaktikos ribų, galbūt nuo milijardų šviesmečių nuo Žemės.
Tačiau nuo 2012 metų kituose teleskopuose dirbantys astronomai aptiko dar kelis panašius radijo impulsus, taip patvirtindami, kad signalai iš tikrųjų ateina iš kosmoso.
Ir ne tik iš kosmoso - jų šaltiniai yra už mūsų Galaktikos ribų, galbūt nuo milijardų šviesmečių nuo Žemės. Ši prielaida buvo padaryta matuojant reiškinį, žinomą kaip dispersijos efektas.
Kelionės per Visatą metu radijo bangos sąveikauja su plazmos elektronais, kuriuos jie sutinka savo kelyje. Dėl šios sąveikos sulėtėja bangų sklidimas, priklausomai nuo radijo signalo dažnio.
Didesnio dažnio radijo bangos pasiekia stebėtoją šiek tiek greičiau nei žemesnio dažnio radijo bangos.
Matuodami šių verčių skirtumą, astronomai gali apskaičiuoti, kiek plazmos signalas turėjo perduoti stebėtojui, o tai suteikia apytikslę radijo impulsų šaltinio atstumo idėją.
Radijo bangos, ateinančios pas mus iš kitų galaktikų, nėra naujiena. Tiesiog prieš atraddami greitus radijo impulsus mokslininkai nepastebėjo tokio didelio intensyvumo signalų.
Signalas, kurio intensyvumas yra milijoną kartų didesnis nei bet kas anksčiau aptikta, egzistuoja, jaudina vaizduotę
Taigi, kvazarai - aktyvūs galaktikos branduoliai, kurių viduje, kaip mano mokslininkai, yra didžiulės juodos žvaigždės, skleidžia didžiulį energijos kiekį, įskaitant radijo diapazoną.
Tačiau kitose galaktikose esantys kvazarai yra taip toli nuo mūsų, kad iš jų gaunami radijo signalai yra labai silpni.
Juos lengvai galėtų užgožti net radijo signalas iš mobiliojo telefono, padėto ant mėnulio paviršiaus, pažymi Bailesas.
Greitas radijo impulsas yra kitas dalykas. „Milijoną kartų stipresnio signalo, nei anksčiau aptikto, egzistavimas yra įdomus“, - sako Bailesas.
Ypač atsižvelgiant į tai, kad greiti radijo impulsai gali rodyti naujus, neištirtus fizinius reiškinius.
Vienas iš prieštaringiausių jų atsiradimo paaiškinimų yra susijęs su vadinamosiomis kosminėmis stygomis - hipotetinėmis erdvinio laiko vienkartinėmis raukšlėmis, kurios gali išsitempti bent dešimtims parsekų.
Kai kurios iš šių stygų gali turėti superlaidžių savybių, o jomis gali tekėti elektros srovė.
Remiantis 2014 m. Pasiūlyta hipoteze, kosminės stygos kartais nutrūksta, todėl atsiranda elektromagnetinės spinduliuotės pliūpsnis.
Arba, sako Penas, šių protrūkių paaiškinimas gali būti juodųjų skylių sprogimas.
Juodosios skylės gravitacinis laukas yra toks didžiulis, kad net į ją patekusi šviesa nebegali ištrūkti atgal.
Jei manysime, kad ankstyvoje Visatos vystymosi stadijoje joje susidarė mažos juodosios skylės, tai dabar jos gali tiesiog išgaruoti
Tačiau 1970 m. garsus britų teorinis fizikas Stephenas Hawkingas pasiūlė, kad energija gali išgaruoti iš senstančių juodųjų skylių paviršiaus.
Jei darysime prielaidą, kad ankstyvoje Visatos vystymosi stadijoje joje susidarė mažos juodosios skylės, tai dabar jos gali tiesiog išgaruoti ir galiausiai sprogti, o tai sukelia momentinį radijo spinduliavimą.
2016 m. Vasario mėn. Astronomai paskelbė, kad jie galėjo padaryti proveržį tyrimuose.
Mokslininkų komanda, vadovaujama Evano Keehano, dirbanti Didžiosios Britanijos „Jodrell Bank“astrofizikos centro radijo interferometro „Square Kilometer Array“būstinėje, išanalizavo vieno greito radijo pulso parametrus, užfiksuotus 2015 m. Balandžio mėn.
Pagal astronomų išvadas, radijo impulso šaltinis buvo galaktikoje, esančioje už mūsų 6 milijardus šviesmečių ir susidedančioje iš senų žvaigždžių.
Šiuo atveju stebimo radijo pulso parametrai rodė bent vieno scenarijaus tikimybę: porinių neutroninių žvaigždžių susidūrimas
Pirmą kartą mokslininkams pavyko nustatyti radijo spinduliuotės šaltinio vietą galaktikos tikslumu, kuris mokslo bendruomenėje buvo suvokiamas kaip itin svarbus atradimas.
„Galaktikos, kurioje yra greito radijo pulso šaltinis, nustatymas yra dėlionės dalis“, - sako Bailesas, dirbęs ir Kiano komandoje. "Jei mes galime nustatyti galaktiką, galime sužinoti, kaip toli nuo mūsų yra šaltinis."
Po to jūs galite tiksliai išmatuoti impulso energijos kiekį ir pradėti išmesti labiausiai neįtikėtinas teorijas apie jos kilmę.
Šiuo atveju stebėto radijo pulso parametrai rodė bent vieno scenarijaus tikimybę: supančių neutroninių žvaigždžių susidūrimai sukasi aplink vienas kitą.
Atrodė, kad greitų radijo impulsų pobūdžio paslaptis buvo beveik išspręsta. „Labai džiaugiausi šio tyrimo rezultatais, - sako Lorimeris.
Tačiau praėjus vos kelioms savaitėms mokslininkai Edo Bergeris ir Peteris Williamsas iš Harvardo universiteto abejojo šia teorija.
Keehano komandos išvados buvo pagrįstos reiškinio stebėjimu, kurį mokslininkai interpretavo kaip radijo signalo silpnėjimą pasibaigus greitam radijo pulsui.
Blankančio signalo šaltinis buvo patikimai įrengtas galaktikoje, esančioje už 6 milijardų šviesmečių nuo Žemės, ir mokslininkai manė, kad greitas radijo impulsas kilo būtent iš ten.
Tačiau, pasak Bergerio ir Williamso, tai, ką Kianas ėmėsi likusiam - išblėsusiam radijo signalui, neturėjo nieko bendra su greitu radijo pulsu.
Jie atidžiai išanalizavo liekamojo signalo charakteristikas, nukreipdami Amerikos labai didelio matricos radijo teleskopą į tolimą galaktiką.
Neutroninių žvaigždžių susidūrimai įvyksta keliais dydžiais rečiau nei tikėtinas greitų radijo impulsų dažnis, todėl visų užregistruotų atvejų negalima paaiškinti vien šiuo reiškiniu.
Buvo nustatyta, kad kalbame apie atskirą reiškinį, kurį sukelia pačios galaktikos ryškumo svyravimai dėl to, kad jos centre yra supermasyvi juodoji skylė, sugerianti kosmines dujas ir dulkes.
Kitaip tariant, mirksinti galaktika nebuvo ta vieta, iš kurios sklido greitas radijo impulsas. Tai tiesiog atsitiko teleskopo matymo lauke - arba už tikrojo šaltinio, arba priešais jį.
Ir jei radijo impulsas nebuvo siunčiamas iš šios galaktikos, tai galbūt tai sukėlė ne dviejų neutroninių žvaigždžių susidūrimas.
Neutrono scenarijus turi dar vieną silpnąją vietą. „Greitųjų radijo impulsų spinduliavimo dažnis yra daug didesnis nei tikėtinas radiacijos dažnis, susidūręs dėl neutroninių žvaigždžių susidūrimo“, - sako Maximas Lyutikovas iš Amerikos Purdue universiteto.
Be to, neutroninių žvaigždžių susidūrimai įvyksta keliais dydžiais rečiau nei tikėtinas greitų radijo impulsų dažnis, todėl visų užregistruotų atvejų negalima paaiškinti vien šiuo reiškiniu.
Ir netrukus nauji moksliniai įrodymai dar labiau sumažino tokio paaiškinimo tikimybę.
2016 m. Kovo mėn. Grupė astronomų pranešė apie nuostabų atradimą. Jie tyrė radijo impulsą, kurį 2014 m. Užfiksavo Arecibo observatorija Puerto Rike. Paaiškėjo, kad tai nebuvo vienas įvykis - impulsas buvo kartojamas 11 kartų per 16 dienų.
„Tai buvo didžiausias atradimas nuo pirmojo greito radijo sprogimo“, - sako Penhas. - Tai užbaigia didžiulį iki šiol pasiūlytų hipotezių skaičių “.
Visi anksčiau užfiksuoti greito radijo impulsai buvo pavieniai - signalai iš to paties dangaus sektoriaus nebuvo kartojami.
Todėl mokslininkai manė, kad tai gali būti kosminių kataklizmų, kiekvienu atveju pasitaikančių tik vieną kartą, pasekmė - pavyzdžiui, juodųjų skylių sprogimai arba neutroninių žvaigždžių susidūrimai.
Bet tokia teorija nepaaiškina galimybės (kai kuriais atvejais) pakartoti radijo impulsus greitai iš eilės. Nepriklausomai nuo tokios impulsų serijos priežasties, tam tikrą laiką turi būti išlaikytos jų atsiradimo sąlygos.
Ši aplinkybė žymiai susiaurina galimų hipotezių sąrašą.
Vienas iš jų, kurį tyrinėja „Buttercup“, sako, kad jauni pulsarai - neutroninės žvaigždės, besisukančios iki vieno apsisukimo per milisekundę greičiu - gali būti greitų radijo impulsų šaltiniai.
Vėdrynas tokius objektus vadina steroidų pulsarais.
Laikui bėgant pulsarų sukimasis sulėtėja, o dalį sukimosi energijos radijo spinduliuotės pavidalu galima išmesti į kosmosą.
Nėra tiksliai aišku, kaip pulsarai gali skleisti greitus radijo impulsus, tačiau yra žinoma, kad jie sugeba skleisti trumpus radijo bangų impulsus.
Taigi tariamai Krabo ūke esantis pulsaras yra apie 1000 metų. Jis yra palyginti jaunas ir yra vienas iš galingiausių mums žinomų pulsarų.
Kuo jaunesnis pulsaras, tuo greičiau jis sukasi ir turi daugiau energijos. Vėdrynas tokius daiktus vadina „pulsarais ant steroidų“.
Nors Krabo ūko pulsaras dabar neturi pakankamai energijos, kad skleistų greitus radijo impulsus, gali būti, kad iškart po pasirodymo jis tai galėtų padaryti.
Kita hipotezė sako, kad greitų radijo impulsų energijos šaltinis yra ne neutroninės žvaigždės sukimasis, o jos magnetinis laukas, kuris gali būti tūkstantį trilijonų kartų stipresnis nei Žemės.
Neutroninės žvaigždės, pasižyminčios itin stipriu magnetiniu lauku, vadinamieji magnetarai, gali skleisti greitus radijo impulsus, vykstant panašiam procesui, kaip ir Saulės žybsniai.
Visatoje yra daug magnetarų
Kai magnetaras sukasi, jo vainiko - plono išorinio atmosferos sluoksnio - magnetiniai laukai keičia konfigūraciją ir tampa nestabilūs.
Tam tikru momentu šių laukų linijos elgiasi taip, tarsi spustelėtumėte botagą. Išsiskiria energijos srautas, greitinantis įkrautas daleles, kurios skleidžia radijo impulsus.
"Visatoje yra daug magnetarų", - sako Balesas. "Jie pasižymi nestabilumu, kuris, galbūt, paaiškina greitų radijo impulsų atsiradimą".
Hipotezės, susijusios su neutroninėmis žvaigždėmis, yra konservatyvesnės ir pagrįstos gana gerai ištirtais reiškiniais, todėl atrodo labiau tikėtinos.
"Visos greitų radijo impulsų atsiradimo hipotezės, kurios, manau, yra rimtos ir kurias rimtai aptariu su savo kolegomis, yra susijusios su neutroninėmis žvaigždėmis", - sako Balesas.
Tačiau jis pripažįsta, kad šis požiūris gali būti kiek vienpusiškas. Daugelis astronomų, tyrinėjančių greitą radijo impulsą, taip pat tiria neutronų žvaigždes, todėl jų polinkis į pirmąjį žiūrėti per pastarųjų prizmę yra suprantamas.
Gali būti, kad mes susiduriame su neištirtais fizikos aspektais
Yra ir daugiau netradicinių paaiškinimų. Pavyzdžiui, nemažai tyrėjų teigė, kad greiti radijo impulsai atsiranda dėl pulsarų susidūrimo su asteroidais.
Gali būti, kad kelios hipotezės yra teisingos vienu metu, ir kiekviena iš jų paaiškina tam tikrą greitųjų radijo impulsų atsiradimo atvejį.
Galbūt kai kurie impulsai kartojasi, o kiti - ne, o tai visiškai neatmeta neutroninių žvaigždžių susidūrimo ir kitų kosminio masto kataklizmų hipotezės.
"Gali pasirodyti, kad atsakymas yra labai paprastas", - sako Liutikovas. - Tačiau gali atsitikti ir taip, kad mes susiduriame su neištirtais fizikos aspektais, su naujais astrofizikiniais reiškiniais “.
Nepaisant to, kokie greiti radijo impulsai iš tikrųjų pasirodo, jie gali būti labai naudingi kosmoso mokslui.
Pavyzdžiui, jie gali būti naudojami matuojant materijos tūrį visatoje.
Kaip jau minėta, radijo bangos savo kelyje susitinka su tarpgalaktine plazma, kuri, priklausomai nuo bangos dažnio, sulėtina jų greitį.
Be to, kad bangų greičio skirtumas gali išmatuoti atstumą iki signalo šaltinio, tai taip pat leidžia suprasti, kiek elektronų yra tarp mūsų galaktikos ir radiacijos šaltinio.
„Radijo bangos yra užkoduotos informacija apie elektronus, kurie sudaro visatą“, - sako Bailesas.
Anksčiau mokslininkai šia tema daugiausia užsiimdavo laisvu nuo pagrindinių tyrimų metu.
Tai suteikia mokslininkams galimybę apytiksliai įvertinti įprastos materijos kiekį kosmose, o tai jiems padės ateityje, skaičiuojant Visatos atsiradimo modelius.
Greitų radijo impulsų unikalumas yra tas, kad jie yra tam tikri kosminiai lazerio spinduliai, sako Penas.
Jie pramuša erdvę tam tikra kryptimi ir yra pakankamai intensyvūs, kad užtikrintų aukštesnį matavimo tikslumą.
„Tai yra tiksliausias mums prieinamas matavimo įrankis, skirtas toli matomiems objektams tirti matymo zonoje“, - paaiškina jis.
Taigi, pasak jo, greiti radijo impulsai gali pasakyti apie plazmos ir magnetinių laukų struktūrą šalia radiacijos šaltinio.
Eidami pro plazmą radijo impulsai gali mirgėti - lygiai taip pat, kaip žvaigždės mirksi, žiūrėdamos per žemės atmosferą.
Išmatavę šios scintiliacijos ypatybes, astronomai galės plazmos regionų dydį išmatuoti kelių šimtų kilometrų tikslumu. Dėl didelio mokslinio potencialo ir ne tik dėl to, kad šis reiškinys nepaaiškinamas, per pastaruosius kelerius metus mokslininkų susidomėjimas greitais radijo impulsais labai išaugo.
„Anksčiau mokslininkai šia tema daugiausia užsiimdavo laisvu nuo pagrindinių tyrimų laiku“, - sako Lorimeris.
Dabar astronomai intensyviai ieško greitų radijo impulsų dar netyrinėtuose dangaus regionuose ir toliau stebi dangaus sektorius, kuriuose šie reiškiniai jau užfiksuoti, tikėdamiesi juos užregistruoti.
Šiuo atveju naudojamos viso pasaulio teleskopų galios, nes pastebėjus vieną impulsą iš kelių observatorijų, tikslesnio šaltinio koordinačių apskaičiavimo tikimybė žymiai padidėja.
Taigi per ateinančius kelerius metus tokie radijo teleskopai kaip Kanados CHIME („Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment“) galės stebėti didžiulius dangaus plotus ir užregistruoti šimtus greitų radijo impulsų.
Kuo daugiau duomenų bus surinkta, tuo suprantamesnis taps greito radijo impulsų reiškinys. Galbūt kada nors paaiškės jų paslaptis.