Alates 2007. aastast on astronoomid salvestanud umbes 20 salapärast raadiopulssi kaugelt meie Galaktikast. BBC Earth kolumnist otsustas selle nähtuse kohta rohkem teada saada.
Universumis pole puudust kummalistest ja lõpuni mõistmata nähtustest - mustadest aukudest kuni äärepoolsete planeetideni. Teadlastel on, mida üle mõistatada.
Kuid üks mõistatus on viimasel ajal olnud astronoomide jaoks eriti huvitav - salapärased raadioemissioonipuhangud kosmoses, mida tuntakse kui kiireid raadioimpulsse.
Need kestavad vaid paar millisekundit, kuid vabastavad umbes miljon korda rohkem energiat, kui Päike sama aja jooksul toodab.
Alates esimese sellise impulsi avastamisest 2007. aastal on astronoomidel õnnestunud registreerida vähem kui 20 sellist juhtumit - kõik nende allikad asusid väljaspool meie galaktikat ja jaotusid ühtlaselt üle taeva.
Kuid teleskoobid jälgivad igal ajal väikesi taeva osi.
Kui ekstrapoleerida saadud andmed kogu taevasse, siis nagu astronoomid eeldavad, võib selliste raadiopulsside arv ulatuda 10 tuhandeni päevas.
Ja keegi ei tea selle nähtuse põhjust.
Reklaamvideo:
Astronoomidel on muidugi palju võimalikke seletusi, millest mõned kõlavad väga eksootiliselt: neutronitähtede kokkupõrked, mustade aukude plahvatused, kosmiliste stringide purunemised ja isegi maavälise luure tegevuse tulemused.
"Nüüd on kiirete raadioimpulsside olemuse selgitamiseks rohkem teooriaid, kui tegelikult impulsse," ütleb Duncan Lorimer, Lääne-Virginia Ameerika ülikooli teadlane ja uurimisrühma juht, kes avastas kõige esimese kiire raadioimpulsi (nimetatakse ka Lorimeri impulsiks). "See on teoreetikutele soodne pinnas."
Kuid isegi kui kiirete raadioimpulsside olemuse selgitamine osutub palju tavalisemaks, võib neist siiski teadusele palju kasu olla.
Need muudavad kahtlemata meie arusaama universumist.
Need raadiosignaalid on nagu laserkiired, mis läbistavad Universumit ja kohtuvad oma teel magnetväljade, plasma ja muude kosmiliste nähtustega.
Teisisõnu, nad hõivavad teavet galaktikavahelise ruumi kohta ja võivad olla ainulaadne tööriist universumi uurimiseks.
"Need muudavad kahtlemata meie arusaama universumist murranguliseks, sest nende abil saab teha väga täpseid mõõtmisi," ütleb Toronto ülikooli astrofüüsik Peng Wee-Li.
Kuid enne kui see juhtub, peavad teadlased paremini mõistma kiirete raadioimpulsside olemust.
Astronoomid on selles valdkonnas viimase paari kuu jooksul teinud paljutõotavaid edusamme.
Esimene asi, mis Lorimeri avastatud pulsi juures tabas, oli selle intensiivsus.
Lorimer ja tema kolleegid vaatasid üle Pargi raadioteleskoobi abil Austraalias kogutud arhiiviandmekogumid. Nad otsisid raadioimpulsse - näiteks neid, mida kiirgasid kiiresti pöörlevad neutrontähed, nn pulsarid.
Olin tol ööl nii elevil, et ei saanud magada
Matthew Bales, astronoom
Nendel suurlinna läbimõõduga tähtedel on aatomituuma tihedus ja nad saavad pöörelda kiirusel, mis ületab 1000 pööret sekundis.
Samal ajal kiirgavad nad kitsalt suunatud raadioemissiooni vooge, millega seoses nimetatakse neid ka kosmosemajakateks.
Pulsarite kiirgatavad raadiosignaalid näevad Maalt pärit vaatlejale välja nagu pulsatsioonid.
Kuid Lorimeri meeskonna tuvastatud signaal oli väga kummaline.
"See oli nii intensiivne, et valdas teleskoobi elektroonilisi komponente," meenutab Lorimer. "See on raadioallika jaoks äärmiselt ebatavaline."
Pulss kestis umbes 5 millisekundit, misjärel selle intensiivsus langes.
"Mäletan esimest korda, kui nägin impulsskeemi," ütles Lorimeri meeskonnaliige Matthew Bales, Austraalia Swinburne'i tehnikaülikooli astronoom. "Olin tol ööl nii põnevil, et ei saanud magada."
Umbes viis aastat pärast Lorimeri impulsi avastamist jäi see seletamatuks anomaaliaks.
Mõned teadlased uskusid, et see oli lihtsalt instrumentaalne sekkumine. Ja 2015. aastal avaldatud uuringus öeldakse, et sarnaste parameetritega impulsid registreeritakse parkide vaatluskeskuse majandusalasse paigaldatud mikrolainete töötamise ajal.
Nende allikad asuvad väljaspool meie galaktikat, võimalusel miljardite valgusaastate kaugusel Maast.
Kuid alates 2012. aastast on teiste teleskoopidega töötavad astronoomid tuvastanud veel mitu sarnast raadioimpulssi, kinnitades sellega, et signaalid tulevad tegelikult kosmosest.
Ja mitte ainult kosmosest - nende allikad asuvad väljaspool meie galaktikat, võimalusel miljardite valgusaastate kaugusel Maast. See oletus tehti nähtuse mõõtmise põhjal, mida tuntakse hajutamisefektina.
Rännakul läbi Universumi suhtlevad raadiolained oma teel kohatud plasma elektronidega. See vastasmõju põhjustab lainete leviku aeglustumise, sõltuvalt raadiosignaali sagedusest.
Kõrgema sagedusega raadiolained jõuavad vaatlejani veidi kiiremini kui madalama sagedusega raadiolained.
Nende väärtuste erinevuse mõõtmisega saavad astronoomid arvutada, kui palju plasmat pidi signaal vaatlejale oma teel edasi andma, mis annab neile ligikaudse ettekujutuse raadioimpulsi allika kaugusest.
Teistest galaktikatest meile saabuvad raadiolained pole midagi uut. Lihtsalt enne kiirete raadioimpulsside avastamist ei jälginud teadlased nii kõrge intensiivsusega signaale.
Signaali olemasolu, mille intensiivsus on miljon korda suurem kui kõik varem avastatud, erutab kujutlusvõimet
Niisiis, kvaasarid - aktiivsed galaktilised tuumad, mille sees, nagu teadlased usuvad, on massiivsed mustad tähed, eraldavad tohutult energiat, sealhulgas raadioulatuses.
Kuid teistes galaktikates asuvad kvasarid on meist nii kaugel, et neilt saadud raadiosignaalid on äärmiselt nõrgad.
Neid võib hõlpsasti uputada isegi kuu pinnale paigutatud mobiiltelefoni raadiosignaal, märgib Bailes.
Kiired raadioimpulsid on teine asi. "Põnev on signaali olemasolu, mis on miljon korda tugevam kui varem tuvastatud," ütleb Bales.
Eriti arvestades asjaolu, et kiired raadioimpulsid võivad viidata uutele uurimata füüsikalistele nähtustele.
Nende päritolu üks ebaselgemaid seletusi on seotud nn kosmiliste stringidega - hüpoteetiliste aegruumiliste ühemõõtmeliste voltidega, mis võivad venitada vähemalt kümnete parsekkide jaoks.
Mõnel neist stringidest võivad olla ülijuhtivad omadused ja läbi nende võib voolata elektrivool.
2014. aastal pakutud hüpoteesi kohaselt purunevad mõnikord kosmilised stringid, mille tulemuseks on elektromagnetilise kiirguse purse.
Või võib Penh öelda, et nende puhangute seletus võib olla mustade aukude plahvatus.
Musta augu gravitatsiooniväli on nii massiline, et isegi sinna sisenev valgus ei suuda tagasi põgeneda.
Kui eeldame, et Universumi arengu varases staadiumis tekkisid selles väikesed mustad augud, siis nüüd võivad need lihtsalt aurustuda
Kuid 1970. aastatel. kuulus Briti teoreetiline füüsik Stephen Hawking soovitas, et vananevate mustade aukude pinnalt võib energia aurustuda.
Kui eeldada, et Universumi arengu varases staadiumis tekkisid selles väikesed mustad augud, siis nüüd võivad need lihtsalt aurustuda ja lõpuks plahvatada, mis viib raadiosaate hetkega kiirgumiseni.
2016. aasta veebruaris teatasid astronoomid, et nad võisid teha läbimurde teadusuuringutes.
Briti Jodrell Banki astrofüüsikakeskuse raadiointerferomeetri Square Kilometer Array peakorteris töötav teadlaste rühm Evan Keehani juhtimisel analüüsis 2015. aasta aprillis salvestatud ühe kiire raadioimpulsi parameetreid.
Astronoomide järelduste kohaselt oli raadioimpulsi allikas galaktikas, mis asus meist 6 miljardi valgusaasta kaugusel ja koosnes vanadest tähtedest.
Sel juhul näitasid vaadeldava raadioimpulsi parameetrid vähemalt ühe stsenaariumi tõenäosust: paaritatud neutronitähtede kokkupõrked
Esimest korda suutsid teadlased galaktika täpsusega määrata raadiosaatjaallika asukoha, mida teadlaskonnas tajuti kui äärmiselt olulist avastust.
"Kiire raadioimpulsi allikat sisaldava galaktika tuvastamine on killuke mõistatusest," ütleb Bianes, kes töötas ka Kiani meeskonnas. "Kui suudame galaktika kindlaks teha, saame teada, kui kaugel meist allikas asub."
Pärast seda saate pulsienergia kogust täpselt mõõta ja hakata selle päritolu osas kõige ebatõenäolisemaid teooriaid kõrvale heitma.
Sel juhul näitasid vaadeldava raadioimpulsi parameetrid vähemalt ühe stsenaariumi tõenäosust: üksteise ümber pöörlevate paaritatud neutrontähtede kokkupõrked.
Tundus, et kiirete raadioimpulsside olemuse saladus on peaaegu lahendatud. "Olin selle uuringu tulemuste üle väga põnevil," ütleb Lorimer.
Kuid vaid mõni nädal hiljem seadsid Harvardi ülikooli teadlased Edo Berger ja Peter Williams teooria kahtluse alla.
Keehani meeskonna järeldused põhinesid nähtuse vaatlusel, mida teadlased tõlgendasid raadiosignaali sumbumisena pärast kiire raadioimpulsi lõppu.
Hääbuva signaali allikas asus usaldusväärselt galaktikas, mis asus Maast 6 miljardi valgusaasta kaugusel ja teadlaste arvates tuli kiire raadioimpulss sealt.
Kuid Bergeri ja Williamsi sõnul polnud Kianil järelejäänud - hääbuva raadiosignaali jaoks midagi pistmist kiire raadioimpulsiga.
Nad analüüsisid hoolikalt jääksignaali omadusi, suunates Ameerika väga suure massiivi raadioteleskoobi kaugele galaktikale.
Neutronitähtede kokkupõrked toimuvad mitu suurusjärku harvemini kui kiirete raadiopulsside tõenäoline sagedus, nii et kõiki registreeritud juhtumeid ei saa seletada ainult selle nähtusega.
Leiti, et me räägime eraldi nähtusest, mis on põhjustatud galaktika enda heleduse kõikumisest tänu sellele, et selle keskmes on ülimassiv must auk, mis neelab kosmilisi gaase ja tolmu.
Teisisõnu, sädelev galaktika ei olnud koht, kust kiiret raadiopulsi kiirgati. Ainult et see juhtus olema teleskoobi vaateväljas - kas tõelise allika taga või selle ees.
Ja kui raadiopulssi sellest galaktikast ei saadetud, siis võib-olla ei olnud see põhjustatud kahe neutrontähe kokkupõrkest.
Neutroni stsenaariumil on veel üks nõrk koht. "Kiirete raadiopulsside kiirgussagedus on palju suurem kui neutronitähtede kokkupõrgetest oodatav kiirgus," ütleb Maxim Ljutikov Ameerika Purdue ülikoolist.
Lisaks sellele toimuvad neutronitähtede kokkupõrked mitu suurusjärku harvemini kui kiirete raadiopulsside tõenäoline sagedus, nii et kõiki registreeritud juhtumeid ei saa seletada ainult selle nähtusega.
Ja peagi vähendasid uued teaduslikud tõendid sellise selgituse tõenäosust veelgi.
2016. aasta märtsis teatas astronoomide rühm uimastamisest. Nad uurisid 2014. aastal Puerto Ricos asuva Arecibo observatooriumi salvestatud raadioimpulssi. Selgus, et see polnud üks sündmus - hoogu korrati 11 päeva jooksul 16 päeva jooksul.
"See oli suurim avastus pärast esimest kiiret raadio plahvatust," ütleb Penh. "See lõpetab seni pakutud tohutu hulga hüpoteese."
Kõik varem salvestatud kiired raadioimpulsid olid ühekordsed - samast taevasektorist pärit signaalide kordusi ei salvestatud.
Seetõttu eeldasid teadlased, et need võivad olla kosmiliste kataklüsmide tagajärjed, mis esinevad igal juhul ainult üks kord - näiteks mustade aukude plahvatused või neutronitähtede kokkupõrked.
Kuid see teooria ei seleta raadioimpulsside kiire järjestuse kordamise võimalust (mõnel juhul). Ükskõik, mis on sellise impulsside seeria põhjus, tuleb nende esinemise tingimused teatud aja jooksul säilitada.
See asjaolu ahendab oluliselt võimalike hüpoteeside loetelu.
Üks neist, mida Buttercup uurib, ütleb, et noored pulsarid - neutrontähed, mis pöörlevad kiirusega kuni üks pöörde millisekundis - võivad olla kiirete raadioimpulsside allikad.
Buttercup kutsub selliseid esemeid steroididel pulsariteks.
Aja jooksul aeglustub pulsside pöörlemine ja osa pöördeenergiast saab raadiosaatja kujul kosmosesse paisata.
Pole täpselt selge, kuidas täpselt pulsarid kiirgavad kiireid raadioimpulsse, kuid on teada, et nad on võimelised kiirgama lühikesi raadiolainete impulsse.
Krabi udus asuv pulsar on väidetavalt umbes 1000 aastat vana. See on suhteliselt noor ja üks võimsamaid meile teadaolevaid pulse.
Mida noorem on pulsar, seda kiiremini see pöörleb ja seda rohkem energiat on. Buttercup nimetab selliseid esemeid "pulsariteks steroididel".
Ja kuigi krabiudu udus oleval pulsaril pole nüüd piisavalt energiat kiirete raadiopulsside kiirgamiseks, on võimalik, et see võiks seda teha kohe pärast selle ilmumist.
Teine hüpotees ütleb, et kiirete raadioimpulsside energiaallikaks ei ole neutrontähe pöörlemine, vaid selle magnetväli, mis võib olla tuhat triljonit korda tugevam kui Maa oma.
Äärmiselt tugevate magnetväljadega neutrontähed, nn magnetarid, võivad kiirata raadioimpulsse läbi protsessi, mis sarnaneb päikesepõletustega.
Universumis on palju magnetareid
Magnetari pöörlemisel muudavad selle koroonas olevad magnetväljad - õhukese õhukese väliskihi - konfiguratsiooni ja muutuvad ebastabiilseks.
Mingil hetkel käituvad nende väljade read nii, nagu klõpsaks piits. Vabaneb energia voog, mis kiirendab laetud osakesi, mis kiirgavad raadioimpulsse.
"Universumis on palju magnetareid," ütleb Bailes. "Need on ebastabiilsed, mis ilmselt seletab kiirete raadioimpulsside esinemist."
Neutronitähtedega seotud hüpoteesid on konservatiivsemad ja põhinevad suhteliselt hästi uuritud nähtustel, seetõttu tunduvad need tõenäolisemad.
"Kõik hüpoteesid kiirete raadiopulsside esinemise kohta, mida pean tõsiseks ja mida arutan kolleegidega tõsiselt, on seotud neutronitähtedega," ütleb Bales.
Siiski tunnistab ta, et selline lähenemine võib olla mõnevõrra ühepoolne. Paljud astronoomid, kes uurivad kiireid raadioimpulsse, uurivad ka neutronitähti, mistõttu on mõistetav nende kalduvus esimestesse vaadata läbi teise prisma.
Võib juhtuda, et tegeleme füüsika uurimata aspektidega
Samuti on rohkem ebatraditsioonilisi selgitusi. Näiteks on mitmed teadlased väitnud, et pulsarite kokkupõrkedest asteroididega tekivad kiired raadiopulsid.
Võimalik, et mitu hüpoteesi on korraga tõesed ja igaüks neist selgitab kiirete raadioimpulsside esinemise teatud juhtumit.
Võib-olla ühed impulsid korduvad, teised aga mitte, mis ei välista täielikult neutronitähtede ja muude kosmilise ulatusega kataklüsmide kokkupõrke hüpoteesi.
"Võib selguda, et vastus on väga lihtne," ütleb Ljutikov. "Kuid võib juhtuda ka seda, et meil on tegemist füüsika uurimata aspektidega, uute astrofüüsikaliste nähtustega."
Sõltumata sellest, millised kiired raadioimpulsid tegelikult osutuvad, võib neist kosmoseteadusele palju kasu olla.
Näiteks saaks neid kasutada universumi aine mahu mõõtmiseks.
Nagu juba mainitud, kohtuvad raadiolained oma teel galaktikavahelise plasmaga, mis aeglustab nende kiirust sõltuvalt laine sagedusest.
Lisaks signaaliallika kauguse mõõtmisele annab lainekiiruse erinevus ka aimu, kui palju elektrone on meie galaktika ja kiirgusallika vahel.
"Raadiolained on kodeeritud teabega universumi moodustavate elektronide kohta," ütleb Bailes.
Varem tegelesid teadlased selle teemaga peamiselt põhiuuringutest vabal ajal.
See annab teadlastele võimaluse umbkaudselt hinnata tavalise aine hulka ruumis, mis aitab neil tulevikus Universumi esilekerkimise mudelite arvutamisel.
Kiirete raadiopulsside ainulaadsus on see, et need on omamoodi kosmilised laserkiired, ütleb Pen.
Nad läbivad ruumi kindlas suunas ja on piisavalt intensiivsed, et pakkuda ülimat mõõtmistäpsust.
"See on kõige täpsem mõõtevahend, mis on meile kättesaadav kaugete objektide uurimiseks vaateväljas," selgitab ta.
Seega võivad tema sõnul kiired raadiopulsid öelda kiirgusallika lähedal asuva plasma ja magnetvälja ehitusest.
Plasma läbimisel võivad raadioimpulsid vilkuda, nagu tähed ka läbi maa atmosfääri vaadates virvendavad.
Selle stsintillatsiooni omaduste mõõtmine võimaldab astronoomidel mõõta plasmapiirkondade suurust mitmesaja kilomeetri täpsusega. Suure teadusliku potentsiaali tõttu ja mitte ainult nähtuse seletamatuse tõttu on teadlaste huvi kiirete raadiopulsside vastu viimastel aastatel märkimisväärselt suurenenud.
"Varem tegelesid teadlased selle teemaga peamiselt põhiuuringutest vabal ajal," märgib Lorimer.
Nüüd otsivad astronoomid intensiivselt kiireid raadioimpulsse veel uurimata taevapiirkondadest ja jätkavad taeva sektorite vaatlemist, kus need nähtused on juba registreeritud - lootuses need registreerida.
Samal ajal kasutatakse kogu maailmas teleskoopide võimsust, sest kui ühte impulssi vaadeldakse mitmest vaatluskeskusest, suureneb oluliselt lähtekoordinaatide täpsema arvutamise tõenäosus.
Nii suudavad lähiaastatel sellised raadioteleskoobid nagu Kanada CHIME (Kanada vesiniku intensiivsuse kaardistamise katse või Kanada vesiniku intensiivse kaardistamise katse) jälgida suuri taevapiirkondi ja registreerida sadu kiireid raadiopulsse.
Mida rohkem andmeid kogutakse, seda arusaadavamaks muutub kiirete raadioimpulsside nähtus. Võib-olla kunagi selgub nende saladus.
