От 2007 г. насам астрономите са записали около 20 загадъчни радиоимпулса далеч отвъд нашата Галактика. Колумнистът на BBC Earth реши да научи повече за това явление.
Във Вселената не липсват странни и не напълно разбрани явления - от черни дупки до необикновени планети. Учените имат какво да озадачат.
Но една загадка в последно време е особено тревожна за астрономите - мистериозни изблици на радиоизлъчване в космоса, известни като бързи радиоимпулси.
Те издържат само няколко милисекунди, но отделят около милион пъти повече енергия, отколкото Слънцето произвежда за същия период от време.
От откриването на първия такъв импулс през 2007 г. астрономите са успели да регистрират по-малко от 20 такива случая - всичките им източници са били разположени извън нашата Галактика и са били равномерно разпределени по небето.
Въпреки това, телескопите са склонни да наблюдават малки части от небето по всяко време.
Ако екстраполираме получените данни на цялото небе, тогава, както предполагат астрономите, броят на такива радиоимпулси може да достигне 10 хиляди на ден.
И никой не знае причината за това явление.
Промоционално видео:
Астрономите, разбира се, имат много възможни обяснения, някои от които звучат много екзотично: сблъсъци на неутронни звезди, експлозии на черни дупки, прекъсвания на космически струни и дори резултатите от дейността на извънземен интелект.
„Вече има повече теории, които се опитват да обяснят същността на бързите радиоимпулси, отколкото всъщност са импулсите“, казва Дънкан Лоримър, изследовател от Американския университет в Западна Вирджиния и ръководител на изследователския екип, открил първия бърз радиоимпулс (наричан още Лоример импулс). „Това е благодатна почва за теоретиците“.
Но дори обяснението за същността на бързите радиоимпулси да се окаже много по-често срещано, те все пак могат да бъдат от голяма полза за науката.
Те несъмнено ще революционизират нашето разбиране за Вселената.
Тези радиосигнали са като лазерни лъчи, пронизващи Вселената и срещащи магнитни полета, плазма и други космически явления по пътя си.
С други думи, те улавят информация за междугалактическото пространство по пътя и могат да представляват уникален инструмент за изследване на Вселената.
„Те несъмнено ще революционизират нашето разбиране за Вселената, защото могат да се използват за извършване на много точни измервания“, казва Пън Уе-Ли, астрофизик от университета в Торонто.
Но преди това да се случи, учените трябва да разберат по-добре същността на бързите радиоимпулси.
Астрономите постигнаха обещаващ напредък в тази област през последните няколко месеца.
Първото нещо, което впечатли Лоримър за открития от него пулс, беше неговата интензивност.
Лоримър и колегите му прегледаха архивни набори от данни, събрани с радиотелескопа Parks в Австралия. Те търсели радиоимпулси - например тези, излъчвани от бързо въртящи се неутронни звезди, така наречените пулсари.
Бях толкова развълнуван онази нощ, че не можех да заспя
Матю Бейлс, астроном
Тези звезди, всяка с диаметър на голям град, имат плътността на атомно ядро и могат да се въртят със скорост над 1000 оборота в секунда.
В същото време те излъчват тесно насочени потоци от радиоизлъчване, във връзка с което се наричат още космически маяци.
Радиосигналите, излъчвани от пулсарите, приличат на пулсации за наблюдател от Земята.
Но сигналът, открит от екипа на Лоримър, беше много странен.
„Беше толкова интензивен, че затрупа електронните компоненти на телескопа“, спомня си Лоримър. „Това е изключително необичайно за радиоизточник.“
Пулсът продължи около 5 милисекунди, след което интензивността му спадна.
„Спомням си първия път, когато видях инерционна диаграма“, каза членът на екипа на Лоримър Матю Бейлс, астроном от Техническия университет Суинбърн, Австралия. "Бях толкова развълнуван онази нощ, че не можех да заспя."
Около пет години след откриването на импулса на Лоримър той остава необяснима аномалия.
Някои учени вярваха, че това е просто инструментална намеса. И в проучване, публикувано през 2015 г., се казва, че импулси с подобни параметри се записват по време на работа на микровълни, инсталирани в икономическата част на Обсерваторията за паркове.
Техните източници са извън нашата Галактика, вероятно на милиарди светлинни години от Земята.
От 2012 г. обаче астрономите, работещи по други телескопи, са открили още няколко подобни радиоимпулса, като по този начин потвърждават, че сигналите всъщност идват от космоса.
И не само от космоса - техните източници са извън нашата Галактика, може би на милиарди светлинни години от Земята. Това предположение е направено въз основа на измервания на явление, известно като дисперсионен ефект.
По време на пътуването си през Вселената радиовълните взаимодействат с електроните на плазмата, които срещат по пътя си. Това взаимодействие причинява забавяне на разпространението на вълните в зависимост от честотата на радиосигнала.
Радиовълните с по-висока честота пристигат при наблюдателя малко по-бързо от радиовълните с по-ниска честота.
Чрез измерване на разликата в тези стойности астрономите могат да изчислят колко плазма трябва да предаде сигналът по пътя си към наблюдателя, което им дава приблизителна представа за разстоянието на източника на радиоимпулса.
Радио вълните, идващи при нас от други галактики, не са нищо ново. Просто преди откриването на бързи радиоимпулси учените не са наблюдавали сигнали с толкова висока интензивност.
Наличието на сигнал, чиято интензивност е милион пъти по-голяма от всичко, открито по-рано, вълнува въображението
По този начин квазарите - активни галактически ядра, вътре в които, както смятат учените, са масивни черни звезди - излъчват огромно количество енергия, включително в радиодиапазона.
Но квазарите, разположени в други галактики, са толкова далеч от нас, че радиосигналите, получени от тях, са изключително слаби.
Те лесно биха могли да бъдат заглушени дори от радиосигнал от мобилен телефон, поставен на повърхността на Луната, отбелязва Бейлс.
Бързите радиоимпулси са друг въпрос. „Съществуването на сигнал, който е милион пъти по-силен от всичко, открито по-рано, е вълнуващо“, казва Бейлс.
Особено предвид факта, че бързите радиоимпулси могат да показват нови, неизследвани физически явления.
Едно от най-двусмислените обяснения за техния произход е свързано с така наречените космически струни - хипотетични едномерни гънки на пространството-времето, които могат да се простират за поне десетки парсеки.
Някои от тези струни може да са свръхпроводящи и през тях може да протича електрически ток.
Според хипотезата, предложена през 2014 г., космическите струни понякога се късат, което води до изблик на електромагнитно излъчване.
Или, казва Пен, обяснението за тези изблици може да бъде експлозии на черни дупки.
Гравитационното поле на черна дупка е толкова масивно, че дори светлината, която я удря, не е в състояние да избяга обратно.
Ако приемем, че на ранния етап от развитието на Вселената в нея са се образували малки черни дупки, то сега те могат просто да се изпарят
През 70-те години обаче. известният британски физик-теоретик Стивън Хокинг предполага, че енергията може да се изпари от повърхността на застаряващите черни дупки.
Ако приемем, че на ранен етап от развитието на Вселената в нея са се образували малки черни дупки, то сега те могат просто да се изпарят и в крайна сметка да експлодират, което води до моментално излъчване на радиоизлъчване.
През февруари 2016 г. астрономите обявиха, че може би са постигнали пробив в изследванията.
Екип от учени, ръководен от Евън Кийън, работещ в централата на радиоинтерферометъра Square Kilometre Array в британския астрофизичен център Jodrell Bank, анализира параметрите на един бърз радиоимпулс, записан през април 2015 г.
Според заключенията на астрономите източникът на радиоимпулса е бил в галактика, разположена на 6 милиарда светлинни години от нас и състояща се от стари звезди.
В този случай параметрите на наблюдавания радиоимпулс показват вероятността за поне един сценарий: сблъсъци на сдвоени неутронни звезди
За първи път изследователите успяха да определят местоположението на източника на радиоизлъчване с точност на галактиката, което беше възприето в научната общност като изключително важно откритие.
„Идентифицирането на галактиката, която съдържа източника на бързия радиоимпулс, е част от пъзела“, казва Бейлс, който също е работил в екипа на Киан. "Ако успеем да определим галактиката, можем да разберем колко далеч от нас е източникът."
След това можете точно да измерите количеството импулсна енергия и да започнете да изхвърляте най-неправдоподобните теории относно нейния произход.
В този случай параметрите на наблюдавания радиоимпулс показват вероятността за поне един сценарий: сблъсъци на сдвоени неутронни звезди, въртящи се една около друга.
Изглеждаше, че мистерията на природата на бързите радиоимпулси е почти разрешена. „Бях много развълнуван от резултатите от това проучване“, казва Лоримър.
Но само няколко седмици по-късно учените Едо Бергер и Питър Уилямс от Харвардския университет поставят под съмнение теорията.
Изводите на екипа на Кийхан се основават на наблюдението на явление, което учените интерпретират като затихване на радиосигнала след края на бърз радиоимпулс.
Източникът на изчезващия сигнал беше надеждно разположен в галактика, разположена на 6 милиарда светлинни години от Земята, и изследователите вярваха, че бързият радиоимпулс идва от там.
Според Бергер и Уилямс обаче това, което Киан приема за остатъчен - изчезващ - радиосигнал, няма нищо общо с бърз радиоимпулс.
Те внимателно анализираха характеристиките на остатъчния сигнал, насочвайки американския радиотелескоп Very Large Array към далечна галактика.
Сблъсъците на неутронни звезди се случват с няколко порядъка по-рядко от вероятната честота на бързите радиоимпулси, така че всички регистрирани случаи не могат да бъдат обяснени само с това явление.
Установено е, че говорим за отделен феномен, причинен от колебания в яркостта на самата галактика поради факта, че в центъра й е свръхмасивна черна дупка, абсорбираща космически газове и прах.
С други думи, блещукащата галактика не е мястото, от което се излъчва бързият радиоимпулс. Просто се оказа в полезрението на телескопа - или зад истинския източник, или пред него.
И ако радиоимпулсът не е изпратен от тази галактика, тогава може би не е причинен от сблъсъка на две неутронни звезди.
Неутронният сценарий има и друго слабо място. „Честотата на излъчване на бързи радиоимпулси е много по-висока от честотата на излъчване, очаквана от сблъсъци на неутронни звезди“, казва Максим Лютиков от Американския университет в Пърдю.
Освен това сблъсъците на неутронни звезди се случват с няколко порядъка по-рядко от вероятната честота на бързите радиоимпулси, така че всички регистрирани случаи не могат да бъдат обяснени само с това явление.
И скоро нови научни доказателства намалиха още повече вероятността от подобно обяснение.
През март 2016 г. група астрономи съобщиха за зашеметяващо откритие. Те проучиха радиоимпулс, записан през 2014 г. от обсерваторията Аресибо в Пуерто Рико. Оказа се, че това не е единично събитие - импулсът се повтаря 11 пъти в продължение на 16 дни.
„Това беше най-голямото откритие от първия бърз радиовзрив“, казва Пен. "Слага край на огромния брой хипотези, предложени до момента."
Всички записани по-рано бързи радиоимпулси бяха единични - повторения на сигнали от същия сектор на небето не бяха записани.
Следователно учените предполагат, че те могат да бъдат следствие от космически катаклизми, като всеки случай се случва само веднъж - например експлозии на черни дупки или сблъсъци на неутронни звезди.
Но такава теория не обяснява възможността (в някои случаи) да се повтарят радио импулси в бърза последователност. Каквато и да е причината за такава поредица от импулси, условията за тяхното възникване трябва да се поддържат за определено време.
Това обстоятелство значително стеснява списъка на възможните хипотези.
Един от тях, който Buttercup изследва, казва, че младите пулсари - неутронни звезди, въртящи се със скорост до един оборот в милисекунда - могат да бъдат източници на бързи радиоимпулси.
Лютичето нарича такива обекти пулсари на стероиди.
С течение на времето въртенето на пулсарите се забавя и част от ротационната енергия може да бъде изхвърлена в космоса под формата на радиоизлъчване.
Не е напълно ясно как точно пулсарите могат да излъчват бързи радиоимпулси, но е известно, че те са способни да излъчват къси импулси на радиовълни.
И така, предполага се, че пулсарът, намиращ се в Мъглявината Раци, е на около 1000 години. Той е сравнително млад и е един от най-мощните пулсари, познати ни.
Колкото по-млад е пулсарът, толкова по-бързо се върти и толкова повече енергия има. Лютиче нарича такива обекти „пулсари на стероиди“.
И въпреки че пулсарът в Мъглявината Рак сега няма достатъчно енергия за излъчване на бързи радиоимпулси, възможно е веднага след появата му да го направи.
Друга хипотеза казва, че източникът на енергия за бързи радиоимпулси не е въртенето на неутронна звезда, а нейното магнитно поле, което може да бъде хиляда трилиона пъти по-силно от земното.
Неутронните звезди с изключително силни магнитни полета, така наречените магнетари, могат да излъчват бързи радиоимпулси чрез процес, подобен на този, водещ до слънчеви изригвания.
Във Вселената има много магнетари
Докато магнетарът се върти, магнитните полета в короната му - тънкият външен слой на атмосферата - променят конфигурацията и стават нестабилни.
В един момент линиите на тези полета се държат така, сякаш сте щракнали камшик. Освобождава се поток от енергия, който ускорява заредените частици, които излъчват радиоимпулси.
„Във Вселената има много магнетари“, казва Бейлс. "Те се отличават със своята нестабилност, което, може би, обяснява появата на бързи радиоимпулси."
Хипотезите, свързани с неутронните звезди, са по-консервативни и се основават на сравнително добре проучени явления, поради което изглеждат по-вероятни.
„Всички хипотези за появата на бързи радиоимпулси, които считам за сериозни и които сериозно обсъждам с колегите си, са свързани с неутронни звезди“, казва Бейлс.
Той обаче признава, че този подход може да бъде донякъде едностранчив. Много астрономи, които изучават бързи радиоимпулси, изучават и неутронни звезди, така че тяхната склонност да разглеждат първите през призмата на вторите е разбираема.
Възможно е да имаме работа с неизследвани аспекти на физиката
Има и още нестандартни обяснения. Например, редица изследователи предполагат, че бързите радиоимпулси възникват в резултат на сблъсъци на пулсари с астероиди.
Възможно е няколко хипотези да са верни едновременно и всяка от тях обяснява определен случай на възникване на бързи радиоимпулси.
Може би някои импулси се повтарят, докато други не, което не изключва напълно хипотезата за сблъсъци на неутронни звезди и други катаклизми от космически мащаб.
„Може да се окаже, че отговорът е много прост“, казва Лютиков. "Но може и да се случи, че имаме работа с неизследвани аспекти на физиката, с нови астрофизични явления."
Независимо от това какви всъщност се оказват бързите радиоимпулси, те могат да бъдат от голяма полза за космическата наука.
Например, те могат да се използват за измерване на обема на материята във Вселената.
Както вече споменахме, радиовълните срещат междугалактическа плазма по пътя си, което забавя скоростта им в зависимост от честотата на вълната.
Освен че може да измери разстоянието до източника на сигнала, разликата във скоростта на вълната също дава представа за това колко електрони са между нашата галактика и източника на лъчение.
„Радиовълните са кодирани с информация за електроните, които изграждат Вселената“, казва Бейлс.
Преди това учените се занимаваха основно с тази тема в свободното си време от основни изследвания.
Това дава възможност на учените приблизително да преценят количеството обикновена материя в космоса, което ще им помогне в бъдеще при изчисляване на модели за появата на Вселената.
Уникалността на бързите радиоимпулси е, че те са вид космически лазерни лъчи, казва Пен.
Те пробиват пространството в определена посока и са достатъчно интензивни, за да осигурят превъзходна точност на измерване.
„Това е най-точният инструмент за измерване, с който разполагаме за изследване на отдалечени обекти в полезрението“, обяснява той.
Така че, според него, бързите радиоимпулси могат да разкажат за структурата на плазмата и магнитните полета в близост до източника на лъчение.
При преминаване през плазма радиоимпулсите могат да трептят - точно както звездите мигат, когато се гледат през земната атмосфера.
Измерването на характеристиките на тази сцинтилация ще позволи на астрономите да измерват размера на плазмените области с точност до няколкостотин километра.
„Преди това учените се занимаваха основно с тази тема в свободното си време от основни изследвания“, отбелязва Лоримър.
Сега астрономите усилено търсят бързи радиоимпулси във все още неизследваните области на небето и продължават да наблюдават небесните сектори, където тези явления вече са регистрирани - с надеждата да ги регистрират.
В същото време се използват мощностите на телескопите по целия свят, тъй като когато се наблюдава един импулс от няколко обсерватории, вероятността за по-точно изчисляване на координатите на източника се увеличава значително.
Така че през следващите няколко години радиотелескопите като канадския CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment или Canadian Hydrogen Intensive Mapping Experiment) ще могат да наблюдават обширни области на небето и да регистрират стотици бързи радиоимпулси.
Колкото повече данни се събират, толкова по-разбираем ще стане феноменът на бързите радиоимпулси. Може би някой ден тайната им ще бъде разкрита.