Siden 2007 har astronomer registreret omkring 20 mystiske radioimpulser langt ud over vores Galaxy. BBC Earth-spaltisten besluttede at finde ud af mere om dette fænomen.
Der er ingen mangel på mærkelige og ikke fuldt forståede fænomener i universet - fra sorte huller til outlandish planeter. Forskere har noget at gå over.
Men et mysterium for nylig har været særligt interessant for astronomer - mystiske udbrud af radioemission i rummet, kendt som hurtige radioimpulser.
De varer kun få millisekunder, men de frigiver omkring en million gange mere energi end solen producerer i samme periode.
Siden opdagelsen af den første sådan puls i 2007 har astronomer formået at registrere mindre end 20 sådanne tilfælde - alle deres kilder var placeret uden for vores galakse og var jævnt fordelt over himlen.
Teleskoper har imidlertid tendens til at observere små dele af himlen til enhver tid.
Hvis vi ekstrapolerer de opnåede data til hele himlen, kan antallet af sådanne radioimpulser, som astronomer antager, nå op på 10 tusind pr. Dag.
Og ingen kender årsagen til dette fænomen.
Salgsfremmende video:
Astronomer har selvfølgelig masser af mulige forklaringer, hvoraf nogle lyder meget eksotiske: kollisioner af neutronstjerner, eksplosioner af sorte huller, brud på kosmiske strenge og endda resultaterne af aktiviteten af udenjordisk intelligens.
”Der er nu flere teorier, der forsøger at forklare arten af hurtige radioimpulser, end der faktisk er impulser,” siger Duncan Lorimer, en forsker ved US University of West Virginia og leder af forskergruppen, der opdagede den allerførste hurtige radiopuls (også kaldet Lorimer-pulsen). "Dette er grobund for teoretikere."
Men selvom forklaringen på karakteren af hurtige radioimpulser viser sig at være meget mere almindelig, kan de stadig være til stor fordel for videnskaben.
De vil utvivlsomt revolutionere vores forståelse af universet.
Disse radiosignaler er som laserstråler, der gennemtrænger universet og støder på magnetfelter, plasma og andre kosmiske fænomener på deres vej.
Med andre ord fanger de information om intergalaktisk rum undervejs og kan repræsentere et unikt værktøj til at udforske universet.
"De vil utvivlsomt revolutionere vores forståelse af universet, fordi de kan bruges til at foretage meget nøjagtige målinger," siger Peng Wee-Li, en astrofysiker ved University of Toronto.
Men inden det sker, skal forskere bedre forstå arten af hurtige radioimpulser.
Astronomer har gjort lovende fremskridt på dette område i løbet af de sidste par måneder.
Den første ting, der slog Lorimer ved den puls, han opdagede, var dens intensitet.
Lorimer og hans kolleger gennemgik arkivdatasæt indsamlet med Parks Radio Telescope i Australien. De ledte efter radioimpulser, såsom dem, der udsendes af hurtigt roterende neutronstjerner, såkaldte pulsarer.
Jeg var så begejstret den aften, at jeg ikke kunne sove
Matthew Bales, astronom
Disse stjerner, hver med en diameter på en stor by, har densiteten af en atomkerne og kan rotere ved hastigheder på over 1000 omdrejninger pr. Sekund.
Samtidig udsender de snævert rettet radiostrøm, i forbindelse med hvilket de også kaldes pladsfyr.
Radiosignalerne, der udsendes af pulsarer, ligner pulser for en observatør fra Jorden.
Men signalet, der blev opdaget af Lorimers hold, var meget mærkeligt.
”Det var så intenst, at det overvældede teleskopets elektroniske komponenter,” minder Lorimer om. "Dette er yderst usædvanligt for en radiokilde."
Pulsen varede i ca. 5 millisekunder, hvorefter dens intensitet faldt.
”Jeg husker første gang, jeg så et momentumdiagram,” sagde Lorimers teammedlem Matthew Bales, en astronom ved Swinburne University of Technology, Australien. "Jeg var så begejstret den aften, at jeg ikke kunne sove."
I cirka fem år efter opdagelsen af Lorimers impuls forblev det en uforklarlig anomali.
Nogle forskere mente, at det bare var en instrumental indblanding. Og i en undersøgelse, der blev offentliggjort i 2015, siges det, at impulser med lignende parametre registreres under driften af mikrobølger installeret i den økonomiske del af Parks Observatory.
Deres kilder er uden for vores Galaxy, muligvis milliarder lysår fra Jorden.
Siden 2012 har astronomer, der arbejder på andre teleskoper, dog registreret flere lignende radioimpulser, hvilket bekræfter, at signalerne faktisk kommer fra rummet.
Og ikke kun fra rummet - deres kilder ligger uden for vores Galaxy, måske milliarder lysår fra Jorden. Denne antagelse blev baseret på målinger af et fænomen kendt som dispersionseffekten.
Under deres rejse gennem universet interagerer radiobølger med plasmaets elektroner, som de møder på deres vej. Denne interaktion forårsager en afmatning i bølgeforplantning afhængigt af radiosignalets frekvens.
Højfrekvente radiobølger ankommer til observatøren lidt hurtigere end radiofrekvenser med lavere frekvens.
Ved at måle forskellen i disse værdier kan astronomer beregne, hvor meget plasma signalet måtte passere på vej til observatøren, hvilket giver dem en omtrentlig idé om afstanden fra radiopulskilden.
Radiobølger, der kommer til os fra andre galakser, er ikke noget nyt. Det er bare, at inden opdagelsen af hurtige radioimpulser observerede forskere ikke signaler med så høj intensitet.
Eksistensen af et signal, hvis intensitet er en million gange større end noget, der tidligere er opdaget, ophidser fantasien
Således udstråler kvasarer - aktive galaktiske kerner, hvori, som forskere mener, massive sorte stjerner - en enorm mængde energi, også inden for radioområdet.
Men kvasarer i andre galakser er så langt væk fra os, at radiosignalerne, der modtages fra dem, er ekstremt svage.
De kunne let druknes ud selv af et radiosignal fra en mobiltelefon placeret på månens overflade, bemærker Bailes.
Hurtige radioimpulser er en anden sag.”Eksistensen af et signal, der er en million gange stærkere end noget, der tidligere er registreret, er spændende,” siger Bales.
Især i betragtning af det faktum, at hurtige radioimpulser kan indikere nye, uudforskede fysiske fænomener.
En af de mest tvetydige forklaringer på deres oprindelse har at gøre med de såkaldte kosmiske strenge - hypotetiske endimensionelle fold af rumtid, der kan strække sig i mindst ti parsecs.
Nogle af disse strenge kan have superledende egenskaber, og en elektrisk strøm kan strømme gennem dem.
Ifølge en hypotese, der blev foreslået i 2014, brydes kosmiske strenge undertiden, hvilket resulterer i en burst af elektromagnetisk stråling.
Eller, siger Pen, forklaringen på disse udbrud kan være eksplosioner af sorte huller.
Gravitationsfeltet i et sort hul er så massivt, at selv lys, der rammer det, ikke er i stand til at flygte tilbage.
Hvis vi antager, at der i den tidlige fase af universets udvikling blev dannet små sorte huller i det, så nu kan de bare fordampe
Imidlertid i 1970'erne. den berømte britiske teoretiske fysiker Stephen Hawking foreslog, at energi kan fordampe fra overfladen af aldrende sorte huller.
Hvis vi antager, at der i det tidlige stadie af universets udvikling blev dannet små sorte huller i det, så kan de nu bare fordampe og i sidste ende eksplodere, hvilket fører til en øjeblikkelig emission af radioemission.
I februar 2016 meddelte astronomer, at de muligvis har gjort et gennembrud inden for forskning.
Et team af videnskabsmænd ledet af Evan Keehan, der arbejder i hovedkvarteret for kvadratkilometer Array radiointerferometer ved British Jodrell Bank Astrophysical Center, analyserede parametrene for en hurtig radiopuls registreret i april 2015.
Ifølge astronomernes konklusioner var radiopulsens kilde i en galakse, der ligger 6 milliarder lysår fra os og består af gamle stjerner.
I dette tilfælde angav parametrene for den observerede radiopuls sandsynligheden for mindst et scenario: kollisioner med parrede neutronstjerner
For første gang var forskere i stand til at bestemme placeringen af en radioemissionskilde med en nøjagtighed af galaksen, som i det videnskabelige samfund blev opfattet som en ekstremt vigtig opdagelse.
"At identificere galaksen, der indeholder kilden til den hurtige radiopuls, er et stykke af puslespillet," siger Bailes, der også arbejdede på Kians hold. "Hvis vi kan bestemme galaksen, kan vi finde ud af, hvor langt fra os kilden er."
Derefter kan du nøjagtigt måle mængden af pulsenergi og begynde at kassere de mest usandsynlige teorier om dens oprindelse.
I dette tilfælde angav parametrene for den observerede radiopuls sandsynligheden for mindst et scenario: kollisioner af parrede neutronstjerner, der drejer rundt om hinanden.
Det så ud til, at mysteriet om hurtige radioimpulsers natur næsten var løst.”Jeg var meget begejstret for resultaterne af denne undersøgelse,” siger Lorimer.
Men kun få uger senere satte forskerne Edo Berger og Peter Williams fra Harvard University spørgsmålstegn ved teorien.
Konklusionerne fra Keehans team var baseret på observationen af et fænomen, som forskere fortolket som dæmpning af radiosignalet efter afslutningen af en hurtig radiopuls.
Kilden til det falmende signal var pålideligt placeret i en galakse, der ligger 6 milliarder lysår fra Jorden, og forskerne mente, at den hurtige radiopuls kom derfra.
Ifølge Berger og Williams havde det, som Kian tog for et tilbageværende - falmende - radiosignal, intet at gøre med en hurtig radiopuls.
De analyserede omhyggeligt egenskaberne ved det resterende signal ved at pege det amerikanske Very Large Array radioteleskop på en fjern galakse.
Kollisioner med neutronstjerner forekommer flere størrelsesordener sjældnere end den sandsynlige frekvens af hurtige radioimpulser, så alle registrerede tilfælde ikke kan forklares med dette fænomen alene.
Det blev fundet, at vi taler om et særskilt fænomen forårsaget af udsving i selve galaksenes lysstyrke på grund af det faktum, at i midten er et supermassivt sort hul, der absorberer kosmiske gasser og støv.
Med andre ord var den blinkende galakse ikke det sted, hvorfra den hurtige radiopuls blev udsendt. Det er bare, at det tilfældigvis befinder sig i teleskopets synsfelt - enten bag den ægte kilde eller foran det.
Og hvis radiopulsen ikke blev sendt fra denne galakse, blev den måske ikke forårsaget af kollisionen mellem to neutronstjerner.
Neutron-scenariet har et andet svagt punkt.”Frekvensen af emission af hurtige radioimpulser er meget højere end den forventede strålingsfrekvens fra kollisioner med neutronstjerner,” siger Maxim Lyutikov fra American University of Purdue.
Derudover forekommer kollisioner med neutronstjerner flere størrelsesordener sjældnere end den sandsynlige frekvens af hurtige radioimpulser, så alle registrerede tilfælde ikke kan forklares med dette fænomen alene.
Og snart reducerede nye videnskabelige beviser sandsynligheden for en sådan forklaring endnu mere.
I marts 2016 rapporterede en gruppe astronomer om en fantastisk opdagelse. De studerede en radiopuls optaget i 2014 af Arecibo Observatory i Puerto Rico. Det viste sig, at dette ikke var en eneste begivenhed - impulsen blev gentaget 11 gange i løbet af 16 dage.
”Dette var den største opdagelse siden den første hurtige radio burst,” siger Penh. "Det sætter en stopper for det enorme antal hypoteser, der hidtil er foreslået."
Alle tidligere optagne hurtige radioimpulser var enkelt - gentagelser af signaler fra den samme sektor på himlen blev ikke registreret.
Derfor antog forskere, at de kunne være resultatet af kosmiske katastrofer, der i begge tilfælde kun forekommer en gang - for eksempel eksplosioner af sorte huller eller kollisioner med neutronstjerner.
Men denne teori forklarer ikke muligheden (i nogle tilfælde) for at gentage radioimpulser i hurtig rækkefølge. Uanset årsagen til en sådan række impulser skal betingelserne for deres forekomst opretholdes i et bestemt tidsrum.
Denne omstændighed indsnævrer betydeligt listen over mulige hypoteser.
En af dem, som Buttercup undersøger, siger, at unge pulsarer - neutronstjerner, der roterer med hastigheder på op til en omdrejning pr. Millisekund - kan være kilder til hurtige radioimpulser.
Buttercup kalder sådanne genstande pulser på steroider.
Over tid sænkes rotationen af pulsarer, og noget af rotationsenergien kan skubbes ud i rummet i form af radioemission.
Det er ikke helt klart nøjagtigt, hvordan pulser kan udsende hurtige radioimpulser, men det er kendt, at de er i stand til at udsende korte impulser af radiobølger.
Så pulsaren i Crab Nebula er angiveligt omkring 1000 år gammel. Det er relativt ungt og er en af de mest kraftfulde pulser, vi kender.
Jo yngre pulsen er, jo hurtigere roterer den, og jo mere energi har den. Buttercup kalder sådanne genstande "pulser på steroider."
Og selvom pulsaren i Krabbeågen nu ikke har nok energi til at udsende hurtige radioimpulser, er det muligt, at den kunne gøre det umiddelbart efter udseendet.
En anden hypotese siger, at energikilden til hurtige radioimpulser ikke er rotation af en neutronstjerne, men dens magnetfelt, som kan være tusind billioner gange stærkere end Jordens.
Neutronstjerner med ekstremt stærke magnetfelter, de såkaldte magnetarer, kan udsende hurtige radioimpulser gennem en proces, der svarer til den, der resulterer i solstråler.
Der er mange magnetarer i universet
Når magnetaren roterer, ændrer magnetfelterne i sin korona - det tynde ydre lag af atmosfæren - konfiguration og bliver ustabil.
På et tidspunkt opfører linierne i disse felter sig som om du klikkede på en pisk. Der frigives en strøm af energi, som fremskynder de ladede partikler, som udsender radioimpulser.
”Der er mange magnetarer i universet,” siger Bales. "De er ustabile, hvilket sandsynligvis forklarer forekomsten af hurtige radioimpulser."
Hypoteser relateret til neutronstjerner er mere konservative og baseret på relativt velstuderede fænomener, derfor synes de mere sandsynlige.
”Alle hypoteser om forekomsten af hurtige radioimpulser, som jeg anser for alvorlige, og som jeg seriøst diskuterer med mine kolleger, har at gøre med neutronstjerner,” siger Bales.
Imidlertid indrømmer han, at denne tilgang kan være noget ensidig. Mange astronomer, der studerer hurtige radioimpulser, studerer også neutronstjerner, så deres tendens til at se førstnævnte gennem prisme af sidstnævnte er forståelig.
Det kan være, at vi har at gøre med uudforskede aspekter af fysik
Der er også mere utraditionelle forklaringer. For eksempel har et antal forskere antydet, at hurtige radioimpulser opstår som et resultat af kollisioner mellem pulsarer og asteroider.
Det er muligt, at flere hypoteser er sande på én gang, og hver af dem forklarer et bestemt tilfælde af forekomsten af hurtige radioimpulser.
Måske gentages nogle impulser, mens andre ikke gør det, hvilket ikke helt udelukker hypotesen om kollisioner med neutronstjerner og andre katastrofer i kosmisk skala.
”Det kan vise sig, at svaret er meget simpelt,” siger Lyutikov. "Men det kan også ske, at vi har at gøre med uudforskede aspekter af fysik med nye astrofysiske fænomener."
Uanset hvad hurtige radioimpulser faktisk viser sig at være, kan de være til stor fordel for rumvidenskab.
For eksempel kunne de bruges til at måle mængden af stof i universet.
Som allerede nævnt møder radiobølger intergalaktisk plasma på deres vej, hvilket nedsætter deres hastighed afhængigt af bølgefrekvensen.
Ud over at være i stand til at måle afstanden til signalkilden, giver forskellen i bølgehastighed også en idé om, hvor mange elektroner der er mellem vores galakse og strålingskilden.
”Radiobølger er kodet med information om de elektroner, der udgør universet,” siger Bailes.
Tidligere var forskere primært engageret i dette emne i deres fritid fra grundlæggende forskning.
Dette giver forskere mulighed for groft at estimere mængden af almindeligt stof i rummet, hvilket vil hjælpe dem i fremtiden ved beregning af modeller til universets fremkomst.
Det unikke ved hurtige radioimpulser er, at de er en slags kosmiske laserstråler, siger Penh.
De gennemborer plads i en bestemt retning og er intense nok til at give overlegen målenøjagtighed.
”Dette er det mest nøjagtige måleværktøj, vi har til rådighed til at studere fjerne objekter inden for synsfeltet,” forklarer han.
Så ifølge ham kan hurtige radioimpulser fortælle om strukturen af plasma og magnetfelter nær strålingskilden.
Når plasmaet passerer igennem, kan radioimpulser flimre, ligesom stjerner blinker set gennem jordens atmosfære.
At måle egenskaberne ved denne scintillation vil gøre det muligt for astronomer at måle størrelsen af plasmaregioner med en nøjagtighed på flere hundrede kilometer. På grund af det høje videnskabelige potentiale og ikke mindst på grund af fænomenets uforklarlighed er de sidste par år vokset forskernes interesse for hurtige radioimpulser markant.
”Tidligere var forskere hovedsageligt engagerede i dette emne i deres fritid fra grundlæggende forskning,” bemærker Lorimer.
Nu leder astronomer intenst efter hurtige radioimpulser i de endnu uudforskede regioner på himlen og fortsætter med at observere himmelens sektorer, hvor disse fænomener allerede er blevet registreret - i håb om at registrere dem.
I dette tilfælde bruges teleskopernes kræfter rundt om i verden, da når en puls observeres fra flere observatorier, øges sandsynligheden for en mere nøjagtig beregning af kildekoordinaterne markant.
Så i de næste par år vil radioteleskoper som det canadiske CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) være i stand til at observere store områder af himlen og registrere hundreder af hurtige radioimpulser.
Jo flere data der indsamles, jo mere forståeligt bliver fænomenet med hurtige radioimpulser. Måske en dag vil deres hemmelighed blive afsløret.
