Kopš 2007. gada astronomi ir ierakstījuši apmēram 20 noslēpumainus radio impulsus tālu aiz mūsu Galaktikas. BBC Earth laikraksts nolēma uzzināt vairāk par šo parādību.
Visumā netrūkst dīvainu un līdz galam nesaprotamu parādību - no melnajiem caurumiem līdz ārzemju planētām. Zinātniekiem ir ko pārdomāt.
Bet pēdējā laikā viens noslēpums astronomiem ir bijis īpaši interesants - noslēpumaini radio emisijas uzliesmojumi kosmosā, kas pazīstami kā ātrie radio impulsi.
Tie kalpo tikai dažas milisekundes, bet tie atbrīvo apmēram miljonu reižu vairāk enerģijas nekā Saule saražo tajā pašā laika posmā.
Kopš pirmā šāda impulsa atklāšanas 2007. gadā astronomiem ir izdevies reģistrēt mazāk nekā 20 šādus gadījumus - visi viņu avoti atradās ārpus mūsu Galaktikas un vienmērīgi sadalījās pa debesīm.
Tomēr teleskopiem ir tendence jebkurā laikā novērot nelielas debesu daļas.
Ja iegūtos datus ekstrapolējam uz visām debesīm, tad, kā pieņem astronomi, šādu radio impulsu skaits dienā var sasniegt 10 tūkstošus.
Un neviens nezina šīs parādības cēloni.
Reklāmas video:
Astronomiem, protams, ir daudz iespējamo paskaidrojumu, no kuriem daži izklausās ļoti eksotiski: neitronu zvaigžņu sadursmes, melno caurumu eksplozijas, kosmisko virkņu pārrāvumi un pat ārpuszemes inteliģences darbības rezultāti.
"Tagad ir vairāk teoriju, kas mēģina izskaidrot ātro radiopulsu raksturu, nekā patiesībā ir impulsi," saka Duncans Lorimers, Amerikas Rietumvirdžīnijas universitātes pētnieks un pētnieku grupas vadītājs, kurš atklāja pašu pirmo ātro radiopulsu (sauktu arī par Lorimera impulsu). "Šī ir labvēlīga augsne teorētiķiem."
Bet pat tad, ja ātro radiopulsu rakstura izskaidrojums izrādās daudz izplatītāks, tie joprojām var dot lielu labumu zinātnei.
Tie neapšaubāmi radīs revolucionāru izpratni par Visumu.
Šie radiosignāli ir kā lāzera stari, kas caurdur Visumu un savā ceļā sastopas ar magnētiskajiem laukiem, plazmu un citām kosmiskām parādībām.
Citiem vārdiem sakot, viņi pa ceļam uztver informāciju par starpgalaktisko telpu un var būt unikāls līdzeklis Visuma izpētei.
"Tie neapšaubāmi radīs revolucionāru izpratni par Visumu, jo tos var izmantot ļoti precīzu mērījumu veikšanai," saka Toronto Universitātes astrofiziķis Pens Ve-Lī.
Bet pirms tas var notikt, zinātniekiem labāk jāapzinās ātro radiopulsu būtība.
Pēdējo mēnešu laikā astronomi šajā jomā ir panākuši daudzsološus panākumus.
Pirmais, kas pārsteidza Lorimeru par viņa atklāto pulsu, bija tā intensitāte.
Lorimers un viņa kolēģi pārskatīja arhīvu datu kopas, kas savāktas ar Parks radio teleskopu Austrālijā. Viņi meklēja radio impulsus, piemēram, tos, kurus izstaro ātri rotējošas neitronu zvaigznes, tā sauktie pulsāri.
Es tajā naktī biju tik satraukti, ka nevarēju gulēt
Metjū Baless, astronoms
Šīm zvaigznēm, katra ar lielas pilsētas diametru, ir atomu kodola blīvums un tās var griezties ar ātrumu, kas pārsniedz 1000 apgriezienus sekundē.
Tajā pašā laikā tie izstaro šauri virzītas radio emisijas plūsmas, saistībā ar kurām tās sauc arī par kosmosa bākām.
Pulsāru izstarotie radio signāli novērotājam no Zemes izskatās kā pulsācijas.
Bet Lorimera komandas atklātais signāls bija ļoti dīvains.
"Tas bija tik intensīvs, ka tas pārņēma teleskopa elektroniskos komponentus," atceras Lorimers. "Tas ir ārkārtīgi neparasts radio avotam."
Pulss ilga apmēram 5 milisekundes, pēc tam tā intensitāte samazinājās.
"Es atceros pirmo reizi, kad redzēju impulsu diagrammu," sacīja Lorimeras komandas loceklis Metjū Baless, astronoms Svinburnas Tehnoloģiskajā universitātē, Austrālijā. "Es biju tik satraukti tajā naktī, ka nevarēju gulēt."
Aptuveni piecus gadus pēc Lorimera impulsa atklāšanas tā palika neizskaidrojama anomālija.
Daži zinātnieki uzskatīja, ka tā bija tikai instrumentāla iejaukšanās. Un 2015. gadā publicētajā pētījumā ir teikts, ka impulsi ar līdzīgiem parametriem tiek reģistrēti, darbojoties mikroviļņu krāsnīm, kas uzstādītas Parku observatorijas ekonomiskajā daļā.
Viņu avoti atrodas ārpus mūsu Galaktikas, iespējams, miljardiem gaismas gadu no Zemes.
Tomēr kopš 2012. gada astronomi, kas strādā pie citiem teleskopiem, ir atklājuši vēl vairākus līdzīgus radio impulsus, tādējādi apstiprinot, ka signāli faktiski nāk no kosmosa.
Un ne tikai no kosmosa - to avoti atrodas ārpus mūsu Galaktikas, iespējams, miljardiem gaismas gadu no Zemes. Šis pieņēmums tika veikts, pamatojoties uz parādības mērījumiem, kas pazīstami kā dispersijas efekts.
Ceļojuma laikā Visumā radioviļņi mijiedarbojas ar plazmas elektroniem, ar kuriem viņi sastopas ceļā. Šī mijiedarbība izraisa viļņu izplatīšanās palēnināšanos atkarībā no radio signāla frekvences.
Augstākas frekvences radioviļņi pie novērotāja nonāk nedaudz ātrāk nekā zemākas frekvences radioviļņi.
Izmērot šo vērtību starpību, astronomi var aprēķināt, cik daudz plazmas signālam bija jānodod novērotājam, kas viņiem dod aptuvenu priekšstatu par radiopulsa avota attālumu.
Radioviļņi, kas mums nāk no citām galaktikām, nav nekas jauns. Vienkārši pirms ātru radiopulsu atklāšanas zinātnieki neievēroja tik augstas intensitātes signālus.
Signāla esamība, kuras intensitāte ir miljons reižu lielāka par visu iepriekš atklāto, uzbudina iztēli
Tātad, kvazāri - aktīvi galaktikas kodoli, kuru iekšpusē, kā uzskata zinātnieki, ir masīvas melnas zvaigznes, izstaro milzīgu enerģijas daudzumu, tostarp radio diapazonā.
Bet kvazāri, kas atrodas citās galaktikās, ir tik tālu no mums, ka no tiem saņemtie radiosignāli ir ārkārtīgi vāji.
Tos viegli varētu noslīcināt pat ar radio signālu no mobilā tālruņa, kas novietots uz Mēness virsmas, atzīmē Beils.
Ātri radio impulsi ir cits jautājums. "Ir aizraujoši tāda signāla esamība, kas ir miljons reižu spēcīgāka par visu iepriekš atklāto."
Īpaši ņemot vērā faktu, ka ātrie radio impulsi var norādīt uz jaunām, neizpētītām fiziskām parādībām.
Viens no vispretrunīgākajiem to rašanās skaidrojumiem attiecas uz tā sauktajām kosmiskajām stīgām - hipotētiskām viendimensionālām laiktelpas krokām, kas var stiept vismaz desmitiem parseku.
Dažām no šīm stīgām var būt supravadīšanas īpašības, un caur tām var plūst elektriskā strāva.
Saskaņā ar 2014. gadā ierosināto hipotēzi kosmiskās virknes dažkārt saplīst, kā rezultātā rodas elektromagnētiskā starojuma plīsums.
Vai arī, saka Penhens, šo uzliesmojumu izskaidrojums varētu būt melno caurumu eksplozija.
Melnās cauruma gravitācijas lauks ir tik masīvs, ka pat tajā nonākošā gaisma nespēj aizbēgt atpakaļ.
Ja pieņemam, ka Visuma attīstības sākumposmā tajā izveidojās mazi melnie caurumi, tad tagad tie var vienkārši iztvaikot
Tomēr 1970. gados. slavenais britu teorētiskais fiziķis Stīvens Hokings ieteica, ka enerģija var iztvaikot no novecojošo melno caurumu virsmas.
Ja pieņemam, ka agrīnā Visuma attīstības stadijā tajā bija izveidojušies mazi melnie caurumi, tad tagad tie var vienkārši iztvaikot un galu galā eksplodēt, kas noved pie momentānas radio emisijas emisijas.
2016. gada februārī astronomi paziņoja, ka, iespējams, ir veikuši izrāvienu pētījumos.
Zinātnieku komanda, kuru vadīja Evans Keehans, strādājot Lielbritānijas Jodrell Bank Astrofizikālā centra radio interferometra Square Kilometer Array galvenajā mītnē, analizēja viena 2015. gada aprīlī reģistrētā ātrā radio impulsa parametrus.
Saskaņā ar astronomu secinājumiem radio impulsa avots atradās galaktikā, kas atradās 6 miljardu gaismas gadu attālumā no mums un sastāvēja no vecām zvaigznēm.
Šajā gadījumā novērotā radio impulsa parametri norādīja vismaz viena scenārija iespējamību: pāra neitronu zvaigžņu sadursmes
Pirmo reizi pētnieki varēja noteikt radio emisijas avota atrašanās vietu ar galaktikas precizitāti, kas zinātnieku aprindās tika uztverta kā ārkārtīgi svarīgs atklājums.
"Galaktikas identificēšana, kurā atrodas ātrā radiopulsa avots, ir daļa no mīklas," saka Bailes, kurš arī strādāja Kian komandā. "Ja mēs varam noteikt galaktiku, mēs varam uzzināt, cik tālu no mums atrodas avots."
Pēc tam jūs varat precīzi izmērīt impulsa enerģijas daudzumu un sākt izmest visneuzticamākās teorijas par tās izcelsmi.
Šajā gadījumā novērotā radiopulsa parametri norādīja vismaz viena scenārija iespējamību: pāra neitronu zvaigžņu sadursmes griežas ap otru.
Likās, ka ātro radiopulsu rakstura noslēpums ir gandrīz atrisināts. "Es biju ļoti satraukti par šī pētījuma rezultātiem," saka Lorimers.
Bet tikai dažas nedēļas vēlāk zinātnieki Edo Bergers un Pīters Viljamss no Hārvardas universitātes apšaubīja šo teoriju.
Keihana komandas secinājumi balstījās uz parādības novērošanu, kuru zinātnieki interpretēja kā radio signāla vājināšanos pēc ātrā radio impulsa beigām.
Izbalējošā signāla avots droši atradās galaktikā, kas atradās 6 miljardus gaismas gadu no Zemes, un pētnieki uzskatīja, ka ātrais radio impulss nāk no turienes.
Tomēr, pēc Bergera un Viljamsa domām, tam, ko Kians ņēma par atlikušo - izbalējušo - radio signālu, nebija nekā kopīga ar ātru radio pulsu.
Viņi rūpīgi analizēja atlikušā signāla raksturlielumus, norādot amerikāņu radioteleskopu Very Large Array uz tālu galaktiku.
Neitronu zvaigžņu sadursmes notiek vairākas pakāpes retāk nekā ātro radio impulsu iespējamā frekvence, tāpēc visus reģistrētos gadījumus nevar izskaidrot tikai ar šo parādību.
Tika konstatēts, ka mēs runājam par atsevišķu parādību, ko izraisa pašas galaktikas spilgtuma svārstības sakarā ar to, ka tās centrā ir supermasīvs melnais caurums, kas absorbē kosmiskās gāzes un putekļus.
Citiem vārdiem sakot, mirgojošā galaktika nebija tā vieta, no kuras izstaroja ātro radio impulsu. Vienkārši tas notika teleskopa redzes laukā - vai nu aiz patiesā avota, vai arī tā priekšā.
Un, ja radiopulss netika sūtīts no šīs galaktikas, tad varbūt to neizraisīja divu neitronu zvaigžņu sadursme.
Neitronu scenārijam ir vēl viens vājais punkts. "Ātro radiopulsu izstarošanas frekvence ir daudz augstāka nekā radiācijas frekvence, kas gaidāma no neitronu zvaigžņu sadursmēm," saka Maksims Ļutikovs no Purdue Amerikas universitātes.
Turklāt neitronu zvaigžņu sadursmes notiek vairākas pakāpes retāk nekā ātro radio impulsu iespējamā frekvence, tāpēc visus reģistrētos gadījumus nevar izskaidrot tikai ar šo parādību.
Un drīz jauni zinātniski pierādījumi vēl vairāk samazināja šāda izskaidrojuma iespējamību.
2016. gada martā astronomu grupa ziņoja par satriecošu atklājumu. Viņi pētīja radio impulsu, ko 2014. gadā ierakstīja Arecibo observatorija Puertoriko. Izrādījās, ka tas nebija viens notikums - impulss atkārtojās 11 reizes 16 dienu laikā.
"Tas bija lielākais atklājums kopš pirmā ātrā radio pārsprāgt," saka Penhens. "Tas izbeidz milzīgo līdz šim piedāvāto hipotēžu skaitu."
Visi iepriekš ierakstītie ātrie radiopulsi bija vieni - signālu atkārtojumi no tā paša debess sektora netika ierakstīti.
Tāpēc zinātnieki pieņēma, ka tie varētu būt kosmisko kataklizmu rezultāts, katrā gadījumā notiekot tikai vienu reizi - piemēram, melno caurumu eksplozijas vai neitronu zvaigžņu sadursmes.
Bet šī teorija nepaskaidro iespēju (dažos gadījumos) atkārtot radio impulsus ātri pēc kārtas. Neatkarīgi no šādas impulsu sērijas cēloņiem, to rašanās apstākļi ir jāuztur noteiktu laiku.
Šis apstāklis ievērojami sašaurina iespējamo hipotēžu sarakstu.
Viens no tiem, ko Buttercup pēta, saka, ka jauni pulsāri - neitronu zvaigznes, kas rotē ar ātrumu līdz vienam apgriezienam milisekundē - var būt ātru radio impulsu avoti.
Buttercup sauc šādus objektus par pulsāriem uz steroīdiem.
Laika gaitā pulsāru rotācija palēninās, un daļu no rotācijas enerģijas radio izstarojuma veidā var izstumt kosmosā.
Nav pilnīgi skaidrs, kā tieši pulsāri var izstarot ātrus radio impulsus, taču ir zināms, ka tie spēj izstarot īsus radioviļņu impulsus.
Tātad krabja miglājā esošais pulsārs, domājams, ir apmēram 1000 gadus vecs. Tas ir salīdzinoši jauns un ir viens no spēcīgākajiem pulsāriem, kas mums zināmi.
Jo jaunāks pulsārs, jo ātrāk tas griežas un jo vairāk enerģijas tam ir. Buttercup šādus priekšmetus sauc par "pulsāriem uz steroīdiem".
Un, kaut arī Krabja miglājā esošajam pulsāram tagad nav pietiekami daudz enerģijas, lai izstarotu ātrus radio impulsus, iespējams, ka tūlīt pēc parādīšanās tas to varēja izdarīt.
Cita hipotēze saka, ka ātru radio impulsu enerģijas avots nav neitronu zvaigznes rotācija, bet gan tās magnētiskais lauks, kas var būt tūkstoš triljonus reižu spēcīgāks nekā Zemes.
Neitronu zvaigznes ar ārkārtīgi spēcīgiem magnētiskajiem laukiem, tā sauktie magnetāri, var izstarot ātrus radio impulsus, izmantojot procesu, kas līdzīgs tam, kas izraisa saules uzliesmojumus.
Visumā ir daudz magnetāru
Kad magnārs griežas, tā vainaga - plānā atmosfēras ārējā slāņa - magnētiskie lauki maina konfigurāciju un kļūst nestabili.
Kādā brīdī šo lauku līnijas izturas tā, it kā jūs noklikšķinātu uz pātagas. Tiek atbrīvota enerģijas plūsma, paātrinot uzlādētas daļiņas, kas izstaro radio impulsus.
"Visumā ir daudz magnetāru," saka Bailess. "Tie ir nestabili, kas, iespējams, izskaidro ātru radio impulsu rašanos."
Hipotēzes, kas saistītas ar neitronu zvaigznēm, ir konservatīvākas un balstās uz samērā labi izpētītām parādībām, tāpēc tās šķiet ticamākas.
"Visas ātro radiopulsu rašanās hipotēzes, kuras, manuprāt, ir nopietnas un kuras nopietni apspriežu ar kolēģiem, ir saistītas ar neitronu zvaigznēm," saka Bales.
Tomēr viņš atzīst, ka šī pieeja var būt nedaudz vienpusīga. Daudzi astronomi, kas pēta ātros radio impulsus, pēta arī neitronu zvaigznes, tāpēc ir saprotama viņu tieksme uz pirmo uzskatīt caur otrās prizmu.
Var gadīties, ka mums ir darīšana ar neizpētītiem fizikas aspektiem
Ir arī vairāk netradicionālu skaidrojumu. Piemēram, vairāki pētnieki ir ierosinājuši, ka pulsāru sadursmes ar asteroīdiem rezultātā rodas ātri radiopulsi.
Iespējams, ka vienlaikus ir patiesas vairākas hipotēzes, un katra no tām izskaidro noteiktu ātru radiopulsu rašanās gadījumu.
Varbūt daži impulsi atkārtojas, bet citi neatkārtojas, kas pilnībā neizslēdz hipotēzi par neitronu zvaigžņu un citu kosmiskā mēroga kataklizmu sadursmēm.
"Var izrādīties, ka atbilde ir ļoti vienkārša," saka Ļutikovs. "Bet var gadīties arī tā, ka mums ir darīšana ar neizpētītiem fizikas aspektiem, ar jaunām astrofizikālām parādībām."
Neatkarīgi no tā, kādi ātrie radio impulsi patiesībā izrādās, tie var dot lielu labumu kosmosa zinātnei.
Piemēram, tos varētu izmantot matērijas apjoma mērīšanai Visumā.
Kā jau minēts, radioviļņi ceļā satiekas ar starpgalaktisko plazmu, kas palēnina to ātrumu atkarībā no viļņa frekvences.
Papildus tam, ka viļņa ātruma starpība spēj izmērīt attālumu līdz signāla avotam, tas dod priekšstatu arī par to, cik daudz elektronu ir starp mūsu galaktiku un starojuma avotu.
"Radioviļņi ir kodēti ar informāciju par elektroniem, kas veido Visumu," saka Bailess.
Iepriekš zinātnieki ar šo tēmu nodarbojās galvenokārt brīvajā laikā no fundamentālajiem pētījumiem.
Tas dod zinātniekiem iespēju aptuveni novērtēt parastās vielas daudzumu kosmosā, kas viņiem palīdzēs nākotnē, aprēķinot Visuma parādīšanās modeļus.
Ātro radiopulsu unikalitāte ir tāda, ka tie ir sava veida kosmiskie lāzera stari, saka Penhens.
Tie caurdur telpu noteiktā virzienā un ir pietiekami intensīvi, lai nodrošinātu izcilu mērījumu precizitāti.
"Šis ir visprecīzākais pieejamais mērīšanas rīks, lai izpētītu tālu redzamības attālumā esošus objektus," viņš paskaidro.
Tātad, pēc viņa teiktā, ātri radiopulsi var pateikt par plazmas un magnētiskā lauka struktūru radiācijas avota tuvumā.
Kad plazma iziet cauri, radio impulsi var mirgot, tāpat kā zvaigznes mirgo, skatoties caur zemes atmosfēru.
Šīs scintilācijas raksturlielumu mērīšana ļaus astronomiem izmērīt plazmas reģionu izmērus ar vairāku simtu kilometru precizitāti. Sakarā ar augsto zinātnisko potenciālu un ne tikai fenomena neizskaidrojamības dēļ pēdējos gados zinātnieku interese par ātriem radio impulsiem ir ievērojami pieaugusi.
"Iepriekš zinātnieki galvenokārt nodarbojās ar šo tēmu brīvajā laikā no fundamentālajiem pētījumiem," atzīmē Lorimers.
Tagad astronomi intensīvi meklē ātrus radio impulsus vēl neizpētītos debess apgabalos un turpina novērot debess sektorus, kur šīs parādības jau ir reģistrētas - cerībā tos reģistrēt.
Šajā gadījumā tiek izmantotas teleskopu jaudas visā pasaulē, jo, novērojot vienu impulsu no vairākām observatorijām, iespējamība precīzāk aprēķināt avota koordinātas ievērojami palielinās.
Tātad tuvāko gadu laikā radioteleskopi, piemēram, Kanādas CHIME (Kanādas ūdeņraža intensitātes kartēšanas eksperiments vai Kanādas intensīva ūdeņraža kartēšanas eksperiments), varēs novērot plašas debess zonas un reģistrēt simtiem ātru radio impulsu.
Jo vairāk datu tiks savākts, jo saprotamāka kļūs ātro radio impulsu parādība. Varbūt kādreiz tiks atklāts viņu noslēpums.