Od 2007. godine astronomi su zabilježili oko 20 tajanstvenih radioimpulsa daleko izvan naše Galaksije. Kolumnist BBC-a Earth odlučio je saznati više o ovom fenomenu.
U Svemiru ne nedostaje neobičnih i ne potpuno razumljivih pojava - od crnih rupa do neobičnih planeta. Znanstvenici se moraju zbuniti.
Ali jedna misterija u novije vrijeme posebno je zabrinula astronome - misteriozni rafalni zraci u svemiru, poznati kao brzi radio impulsi.
Traju samo nekoliko milisekundi, ali oslobađaju oko milijun puta više energije nego što ih Sunce proizvodi u istom vremenskom razdoblju.
Od otkrića prvog takvog pulsa 2007. godine, astronomi su uspjeli registrirati manje od 20 takvih slučajeva - svi njihovi izvori bili su smješteni izvan naše Galaksije i bili su ravnomjerno raspoređeni po nebu.
Međutim, teleskopi obično promatraju male dijelove neba u bilo kojem trenutku.
Ako dobivene podatke ekstrapoliramo na cijelo nebo, tada, kako pretpostavljaju astronomi, broj takvih radioimpulsa može doseći 10 tisuća dnevno.
I nitko ne zna razlog ove pojave.
Promotivni video:
Astronomi, naravno, imaju mnoštvo mogućih objašnjenja, od kojih neka zvuče vrlo egzotično: sudari neutronskih zvijezda, eksplozije crnih rupa, prekidi kozmičkih žica, pa čak i rezultati aktivnosti izvanzemaljske inteligencije.
"Sada postoji više teorija koje pokušavaju objasniti prirodu brzih radijskih impulsa nego što ih zapravo ima", kaže Duncan Lorimer, istraživač na Američkom sveučilištu u Zapadnoj Virginiji i vođa istraživačkog tima koji je otkrio prvi brzi radio puls (također nazvan Lorimer puls). "Ovo je plodno tlo za teoretičare."
No, čak i ako se pokaže da je objašnjenje prirode brzih radijskih impulsa puno uobičajenije, oni još uvijek mogu biti od velike koristi za znanost.
Oni će nesumnjivo revolucionirati naše razumijevanje svemira.
Ti su radio signali poput laserskih zraka koji probijaju Svemir i nailaze na magnetska polja, plazmu i druge kozmičke pojave na svom putu.
Drugim riječima, oni putem hvataju informacije o međugalaktičkom svemiru i mogu predstavljati jedinstveni alat za istraživanje Svemira.
"Oni će nesumnjivo revolucionirati naše razumijevanje svemira jer se pomoću njih mogu vršiti vrlo točna mjerenja", kaže Peng Wee-Li, astrofizičarka sa Sveučilišta u Torontu.
No, prije nego što se to dogodi, znanstvenici moraju bolje razumjeti prirodu brzih radio impulsa.
Astronomi su postigli obećavajući napredak na ovom području tijekom posljednjih nekoliko mjeseci.
Prvo što je Lorimera pogodilo u vezi s pulsom koji je otkrio bio je njegov intenzitet.
Lorimer i njegovi kolege pregledali su arhivske skupove podataka prikupljene Radio-teleskopom Parks u Australiji. Tražili su radio-impulse - na primjer one koji emitiraju brzo rotirajuće neutronske zvijezde, takozvani pulsari.
Bila sam toliko uzbuđena te noći da nisam mogla zaspati
Matthew Bales, astronom
Te zvijezde, svaka s promjerom velikog grada, imaju gustoću atomske jezgre i mogu se okretati brzinama većim od 1000 okretaja u sekundi.
Istodobno emitiraju usko usmjerene struje radio emisije, u vezi s čime se nazivaju i svemirskim svjetionicima.
Radio signali koje emitiraju pulsari promatraču sa Zemlje izgledaju poput pulsacija.
No signal koji je otkrio Lorimerov tim bio je vrlo čudan.
"Bilo je toliko intenzivno da je preplavilo elektroničke komponente teleskopa", prisjeća se Lorimer. "Ovo je izuzetno neobično za radijski izvor."
Puls je trajao oko 5 milisekundi, nakon čega je njegov intenzitet opao.
"Sjećam se kad sam prvi put vidio dijagram zamaha", rekao je član Lorimerovog tima Matthew Bales, astronom sa Tehnološkog sveučilišta Swinburne, Australija. "Bila sam toliko uzbuđena te noći da nisam mogla zaspati."
Otprilike pet godina nakon otkrića Lorimerovog impulsa, ostao je neobjašnjiva anomalija.
Neki su znanstvenici vjerovali da je to bila samo instrumentalna smetnja. A u studiji objavljenoj 2015. kaže se da se impulsi sa sličnim parametrima bilježe tijekom rada mikrovalnih pećnica instaliranih u ekonomskom dijelu Zvjezdarnice za parkove.
Njihovi izvori su izvan naše Galaksije, možda milijardama svjetlosnih godina od Zemlje.
Međutim, od 2012. godine astronomi koji rade na drugim teleskopima otkrili su još nekoliko sličnih radioimpulsa, potvrđujući tako da signali zapravo dolaze iz svemira.
I ne samo iz svemira - njihovi su izvori izvan naše Galaksije, možda milijardama svjetlosnih godina od Zemlje. Ova pretpostavka napravljena je na temelju mjerenja fenomena poznatog kao efekt disperzije.
Tijekom svog putovanja kroz Svemir, radio valovi komuniciraju s elektronima plazme koje susreću na svom putu. Ova interakcija uzrokuje usporavanje širenja valova, ovisno o frekvenciji radio signala.
Viši frekvencijski radio valovi dolaze do promatrača nešto brže od nižih frekvencijskih valova.
Mjereći razliku u tim vrijednostima, astronomi mogu izračunati koliko je plazme signal morao proći na putu do promatrača, što im daje približnu predodžbu o udaljenosti izvora radiopulsa.
Radio valovi koji nam dolaze iz drugih galaksija nisu ništa novo. Samo što znanstvenici prije otkrića brzih radijskih impulsa nisu promatrali signale tako visokog intenziteta.
Postojanje signala čiji je intenzitet milijun puta veći od svega prethodno otkrivenog, uzbuđuje maštu
Dakle, kvazari - aktivne galaktičke jezgre, unutar kojih su, kako vjeruju znanstvenici, masivne crne zvijezde - emitiraju ogromnu količinu energije, uključujući i radio-domet.
Ali kvazari smješteni u drugim galaksijama toliko su daleko od nas da su primljeni radio signali iz njih izuzetno slabi.
Lako bi ih mogao utopiti čak i radijski signal s mobitela postavljenog na površinu Mjeseca, napominje Bailes.
Brza radio impulsa su druga stvar. "Uzbudljivo je postojanje signala koji je milijun puta jači od bilo čega što je prethodno otkriveno", kaže Bales.
Pogotovo uzimajući u obzir činjenicu da brzi radioimpulsi mogu ukazivati na nove, neistražene fizičke pojave.
Jedno od najdvosmislenijih objašnjenja njihova podrijetla ima veze s takozvanim kozmičkim žicama - hipotetičkim jednodimenzionalnim naborima prostora-vremena koji se mogu protezati barem na desetke parseka.
Neke od tih žica mogu biti supravodljive i kroz njih može teći električna struja.
Prema hipotezi predloženoj 2014. godine, kozmičke strune ponekad puknu, što rezultira izbijanjem elektromagnetskog zračenja.
Ili, kaže Penh, objašnjenje tih ispada moglo bi biti eksplozija crnih rupa.
Gravitacijsko polje crne rupe toliko je masivno da ni svjetlost koja ulazi u nju ne može pobjeći natrag.
Ako pretpostavimo da su u ranoj fazi razvoja Svemira u njemu nastale male crne rupe, tada bi one mogle jednostavno ispariti
Međutim, 1970-ih. poznati britanski teoretski fizičar Stephen Hawking sugerirao je da energija može ispariti s površine starenja crnih rupa.
Ako pretpostavimo da su u ranoj fazi razvoja Svemira u njemu nastale male crne rupe, tada one mogu samo ispariti i u konačnici eksplodirati, što dovodi do trenutne emisije radio emisije.
U veljači 2016. astronomi su objavili da su možda napravili napredak u istraživanju.
Tim znanstvenika pod vodstvom Evana Keehana koji radi u sjedištu radijskog interferometra Square Kilometre Array u britanskom Astrofizičkom centru Jodrell Bank analizirao je parametre jednog brzog radio pulsa snimljenog u travnju 2015. godine.
Prema zaključcima astronoma, izvor radiopulsa bio je u galaksiji koja se nalazila na 6 milijardi svjetlosnih godina od nas i sastojala se od starih zvijezda.
U ovom su slučaju parametri promatranog radio pulsa ukazivali na vjerojatnost barem jednog scenarija: sudara uparenih neutronskih zvijezda
Po prvi su put istraživači uspjeli odrediti mjesto izvora radio emisije s točnošću galaksije, što je u znanstvenoj zajednici shvaćeno kao izuzetno važno otkriće.
"Identificiranje galaksije koja sadrži izvor brzog radijskog impulsa dio je slagalice", kaže Bailes, koji je također radio u Kianovom timu. "Ako uspijemo odrediti galaksiju, možemo saznati koliko je izvor udaljen od nas."
Nakon toga možete točno izmjeriti količinu pulsne energije i početi odbacivati najnevjerojatnije teorije o njezinom podrijetlu.
U ovom su slučaju parametri promatranog radio pulsa ukazivali na vjerojatnost barem jednog scenarija: sudara uparenih neutronskih zvijezda koji se okreću jedna oko druge.
Činilo se da je misterija prirode brzih radijskih impulsa gotovo riješena. "Bio sam vrlo uzbuđen zbog rezultata ove studije", kaže Lorimer.
No, samo nekoliko tjedana kasnije, znanstvenici Edo Berger i Peter Williams sa Sveučilišta Harvard doveli su u pitanje teoriju.
Zaključci Keehanovog tima temeljili su se na promatranju fenomena koji su znanstvenici protumačili kao slabljenje radio signala nakon završetka brzog radio pulsa.
Izvor slabljenja signala pouzdano se nalazio u galaksiji smještenoj 6 milijardi svjetlosnih godina od Zemlje, a istraživači su vjerovali da brzi radio puls dolazi od tamo.
Međutim, prema Bergeru i Williamsu, ono što je Kian smatrao zaostalim radio-signalom koji blijedi nije imalo nikakve veze s brzim radijskim pulsom.
Pažljivo su analizirali karakteristike rezidualnog signala usmjerivši američki radio teleskop Very Large Array na daleku galaksiju.
Sudari neutronskih zvijezda događaju se nekoliko redova veličine rjeđe od vjerojatne frekvencije brzih radijskih impulsa, tako da se svi registrirani slučajevi ne mogu objasniti samo ovom pojavom.
Utvrđeno je da govorimo o zasebnom fenomenu uzrokovanom kolebanjima svjetline same galaksije zbog činjenice da se u njezinu središtu nalazi supermasivna crna rupa koja upija kozmičke plinove i prašinu.
Drugim riječima, blistava galaksija nije mjesto s kojeg se emitirao brzi radio puls. Samo što se slučajno našlo u vidnom polju teleskopa - bilo iza istinskog izvora, bilo ispred njega.
I ako radio puls nije poslan iz ove galaksije, onda, možda, nije uzrokovan sudarom dviju neutronskih zvijezda.
Neutronski scenarij ima još jednu slabu točku. "Frekvencija emisije brzih radijskih impulsa mnogo je veća od frekvencije zračenja koja se očekuje od sudara neutronskih zvijezda", kaže Maxim Lyutikov s američkog sveučilišta Purdue.
Uz to, sudari neutronskih zvijezda događaju se nekoliko redova veličine rjeđe od vjerojatne frekvencije brzih radio impulsa, tako da se svi registrirani slučajevi ne mogu objasniti samo ovom pojavom.
Uskoro su novi znanstveni dokazi još više smanjili vjerojatnost takvog objašnjenja.
U ožujku 2016. skupina astronoma izvijestila je o zapanjujućem otkriću. Proučavali su radio puls koji je 2014. godine snimio Opservatorij Arecibo u Portoriku. Ispostavilo se da to nije bio jedan događaj - impuls se ponavljao 11 puta tijekom 16 dana.
"Ovo je bilo najveće otkriće od prvog brzog rafala", kaže Penh. "Time se zaustavlja ogroman broj do sada predloženih hipoteza."
Svi prethodno snimljeni brzi radijski impulsi bili su pojedinačni - ponavljanja signala iz istog sektora neba nisu zabilježena.
Stoga su znanstvenici pretpostavili da bi mogli biti posljedica kozmičkih kataklizmi, koje se u svakom slučaju događaju samo jednom - na primjer, eksplozije crnih rupa ili sudari neutronskih zvijezda.
Ali ova teorija ne objašnjava mogućnost (u nekim slučajevima) ponavljanja radijskih impulsa u brzom slijedu. Bez obzira na uzrok takvog niza impulsa, uvjeti za njihov nastanak moraju se održavati određeno vrijeme.
Ova okolnost značajno sužava popis mogućih hipoteza.
Jedan od njih, koji Buttercup istražuje, kaže da izvori brzih radioimpulsa mogu biti mladi pulsari - neutronske zvijezde koje se okreću brzinama do jedne revolucije u milisekundi.
Maslačak takve predmete naziva pulsarima na steroidima.
Vremenom se rotacija pulsara usporava, a dio rotacijske energije može se izbaciti u svemir u obliku radio emisije.
Nije potpuno jasno kako točno pulsari mogu emitirati brze radio impulse, ali poznato je da su sposobni emitirati kratke radio impulse.
Dakle, pulsar smješten u maglici Crab navodno je star oko 1000 godina. Relativno je mlad i jedan je od najmoćnijih nama poznatih pulsara.
Što je pulsar mlađi, brže se okreće i ima više energije. Buttercup takve predmete naziva "pulsarima na steroidima".
I premda pulsar u Rakovoj maglici sada nema dovoljno energije za emitiranje brzih radio impulsa, moguće je da bi to mogao učiniti odmah nakon pojave.
Druga hipoteza kaže da izvor energije za brze radio impulse nije rotacija neutronske zvijezde, već njezino magnetsko polje, koje može biti tisuću bilijuna puta jače od Zemljinog.
Neutronske zvijezde s izuzetno jakim magnetskim poljima, takozvani magnetari, mogu emitirati brze radio impulse kroz postupak sličan onome koji rezultira solarnim bakljama.
U Svemiru ima puno magnetara
Kako se magnetar okreće, magnetska polja u njegovoj koroni - tankom vanjskom sloju atmosfere - mijenjaju konfiguraciju i postaju nestabilna.
U jednom se trenutku linije ovih polja ponašaju kao da ste kliknuli bičem. Oslobađa se struja energije koja ubrzava nabijene čestice koje emitiraju radio impulse.
"U svemiru ima puno magnetara", kaže Bales. "Značajni su po svojoj nestabilnosti, što možda objašnjava pojavu brzih radio impulsa."
Hipoteze povezane s neutronskim zvijezdama konzervativnije su i temelje se na relativno dobro proučenim fenomenima, stoga se čine vjerojatnijima.
"Sve hipoteze o pojavi brzih radioimpulsa, za koje smatram da su ozbiljne i o kojima ozbiljno razgovaram sa svojim kolegama, imaju veze s neutronskim zvijezdama", kaže Bales.
Međutim, priznaje da ovaj pristup može biti donekle jednostran. Mnogi astronomi koji proučavaju brze radio impulse proučavaju i neutronske zvijezde, pa je razumljiva njihova tendencija da prve gledaju kroz prizmu drugih.
Može biti da imamo posla s neistraženim aspektima fizike
Postoji i više nekonvencionalnih objašnjenja. Na primjer, brojni su istraživači sugerirali da brzi radioimpulsi proizlaze iz sudara pulsara s asteroidima.
Moguće je da je istodobno istinito nekoliko hipoteza, a svaka od njih objašnjava određeni slučaj pojave brzih radio impulsa.
Možda se neki impulsi ponavljaju, dok drugi ne, što ne isključuje u potpunosti hipotezu o sudarima neutronskih zvijezda i drugim kataklizmama kozmičke razmjere.
"Može se pokazati da je odgovor vrlo jednostavan", kaže Lyutikov. "Ali može se dogoditi i da imamo posla s neistraženim aspektima fizike, s novim astrofizičkim pojavama."
Bez obzira na to kakvi se u stvari ispostave brzi radijski impulsi, oni mogu biti od velike koristi za svemirsku znanost.
Na primjer, mogli bi se koristiti za mjerenje volumena materije u svemiru.
Kao što je već spomenuto, radio valovi na svom putu susreću intergalaktičku plazmu, što usporava njihovu brzinu, ovisno o frekvenciji vala.
Osim što može izmjeriti udaljenost do izvora signala, razlika u brzini valova također daje ideju o tome koliko je elektrona između naše galaksije i izvora zračenja.
"Radio valovi su kodirani informacijama o elektronima koji čine svemir", kaže Bailes.
Prije su se znanstvenici uglavnom bavili ovom temom u slobodno vrijeme od temeljnih istraživanja.
To daje znanstvenicima priliku da približno procijene količinu uobičajene materije u svemiru, što će im pomoći u budućnosti pri izračunavanju modela nastanka Svemira.
Jedinstvenost brzih radijskih impulsa je u tome što su svojevrsni kozmički laserski zraci, kaže Pen.
Probijaju prostor u određenom smjeru i dovoljno su intenzivni da pružaju vrhunsku točnost mjerenja.
"Ovo je najtočniji alat za mjerenje koji nam je dostupan za proučavanje udaljenih predmeta unutar vidokruga", objašnjava.
Prema njemu, brzi radio impulsi mogu reći o strukturi plazme i magnetskih polja u blizini izvora zračenja.
Pri prolasku kroz plazmu, radio pulsi mogu treperiti - baš kao što zvijezde trepere gledajući ih kroz zemljinu atmosferu.
Mjerenje karakteristika ove scintilacije omogućit će astronomima da mjere točnost područja plazme s točnošću od nekoliko stotina kilometara. Zbog visokog znanstvenog potencijala, a ne samo zbog neobjašnjivosti pojave, u posljednjih nekoliko godina zanimanje znanstvenika za brze radio impulse značajno je poraslo.
"Prije su se znanstvenici uglavnom bavili ovom temom u slobodno vrijeme od uobičajenih istraživanja", kaže Lorimer.
Sada astronomi intenzivno traže brze radio impulse u još neistraženim predjelima neba i nastavljaju promatrati sektore neba gdje su ti fenomeni već zabilježeni - u nadi da će ih registrirati.
Istodobno se koriste moći teleskopa širom svijeta, jer kada se promatra jedan puls iz nekoliko zvjezdarnica, vjerojatnost točnijeg izračunavanja koordinata izvora značajno raste.
Dakle, u sljedećih nekoliko godina, radio teleskopi poput kanadskog CHIME (kanadski eksperiment mapiranja hidrogen intenziteta ili kanadski eksperiment intenzivnog mapiranja vodika) moći će promatrati ogromna područja neba i registrirati stotine brzih radio impulsa.
Što više podataka bude prikupljeno, pojava brzih radio impulsa postat će razumljivija. Možda će jednog dana njihova tajna biti otkrivena.
