2007 óta a csillagászok körülbelül 20 titokzatos rádióimpulzust rögzítettek messze a mi Galaxisunkon túl. A BBC Earth rovatvezetője úgy döntött, hogy többet megtud erről a jelenségről.
Az Univerzumban nincs hiány furcsa és nem teljesen megértett jelenségekben - a fekete lyukaktól a külföldön lévő bolygókig. A tudósoknak van mire gondolniuk.
De az utóbbi idők egyik rejtélye különösen aggasztotta a csillagászokat - a rádió sugárzásának titokzatos törései az űrben, gyors rádióimpulzusok néven ismertek.
Csak néhány milliszekundumig tartanak, de körülbelül egymilliószor több energiát szabadítanak fel, mint amennyit a Nap ugyanabban az időszakban termel.
Az első ilyen impulzus 2007-es felfedezése óta a csillagászoknak kevesebb mint 20 ilyen esetet sikerült regisztrálniuk - valamennyi forrásuk a Galaxisunkon kívül található, és egyenletesen oszlott el az égen.
A távcsövek azonban általában az égbolt kis részeit figyelik meg bármikor.
Ha a kapott adatokat az egész égboltra extrapoláljuk, akkor, ahogy a csillagászok feltételezik, az ilyen rádióimpulzusok száma elérheti a napi 10 ezret.
És senki sem tudja ennek a jelenségnek az okát.
Promóciós videó:
A csillagászoknak természetesen rengeteg lehetséges magyarázatuk van, amelyek némelyike nagyon egzotikusan hangzik: a neutroncsillagok ütközése, a fekete lyukak robbanása, a kozmikus húrok törése, sőt a földönkívüli intelligencia tevékenységének eredménye is.
"Ma már több elmélet próbálják megmagyarázni a gyors rádióimpulzusok természetét, mint valójában impulzusok" - mondja Duncan Lorimer, a Nyugat-Virginiai Amerikai Egyetem kutatója és annak a kutatócsoportnak a vezetője, amely felfedezte a legelső gyors rádióimpulzust (más néven Lorimer-impulzust). "Ez termékeny talaj a teoretikusok számára."
De még akkor is, ha a gyors rádióimpulzusok természetének magyarázata sokkal gyakoribbnak bizonyul, mégis nagy haszonnal járhatnak a tudomány számára.
Kétségtelenül forradalmasítani fogják a világegyetem megértését.
Ezek a rádiójelek olyanok, mint a lézersugarak, amelyek átszúrják az Univerzumot, és útjuk során mágneses mezőkkel, plazmával és más kozmikus jelenségekkel találkoznak.
Más szavakkal, útközben információkat gyűjtenek az intergalaktikus térről, és egyedülálló eszközt jelenthetnek az Univerzum felfedezéséhez.
"Kétségtelenül forradalmasítani fogják az univerzum megértését, mert felhasználhatók nagyon pontos mérések elvégzésére" - mondja Peng Wee-Li, a Torontói Egyetem asztrofizikusa.
De mielőtt ez megtörténne, a tudósoknak jobban meg kell érteniük a gyors rádióimpulzusok természetét.
A csillagászok ígéretes haladást értek el ezen a területen az elmúlt hónapokban.
Az első dolog, ami Lorimerre felfedezte a felfedezett pulzust, az annak intenzitása volt.
Lorimer és munkatársai áttekintették az ausztráliai Parks rádióteleszkóppal összegyűjtött archív adathalmazokat. Olyan rádióimpulzusokat kerestek, mint például a gyorsan forgó neutroncsillagok, az úgynevezett pulzusok.
Annyira izgatott voltam azon az éjszakán, hogy nem tudtam aludni
Matthew Bales csillagász
Ezeknek a nagyváros átmérőjű csillagoknak atommag-sűrűségük van, és másodpercenként 1000 fordulatot meghaladó sebességgel foroghatnak.
Ugyanakkor szűken irányított rádióemisszió-sugárzásokat bocsátanak ki, amelyek kapcsán űrjelzőknek is nevezik őket.
A pulzárok által kibocsátott rádiójelek pulzációnak tűnnek egy megfigyelő számára a Földről.
De Lorimer csapata által észlelt jel nagyon furcsa volt.
"Olyan intenzív volt, hogy elárasztotta a távcső elektronikus alkatrészeit" - emlékezik vissza Lorimer. "Ez rendkívül szokatlan egy rádióforrás számára."
A pulzus körülbelül 5 milliszekundumig tartott, ezután intenzitása csökkent.
"Emlékszem, amikor először láttam egy lendületdiagramot" - mondta Lorimer csapattagja, Matthew Bales, az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetem csillagásza. - Annyira izgatott voltam azon az éjszakán, hogy nem tudtam aludni.
Körülbelül öt évig Lorimer impulzusának felfedezése után megmagyarázhatatlan rendellenesség maradt.
Egyes tudósok úgy vélték, hogy ez csak egy instrumentális beavatkozás. Egy 2015-ben publikált tanulmány szerint pedig a Parks Obszervatórium gazdasági részébe telepített mikrohullámok működése során hasonló paraméterű impulzusokat rögzítenek.
Forrásaik a mi Galaxisunkon kívül esnek, valószínűleg több milliárd fényévnyire vannak a Földtől.
2012 óta azonban a többi távcsővel dolgozó csillagászok még több hasonló rádióimpulzust észleltek, megerősítve ezzel, hogy a jelek valóban az űrből érkeznek.
És nem csak az űrből - forrásaik a mi Galaxisunkon kívül találhatók, valószínűleg több milliárd fényévnyire a Földtől. Ezt a feltevést a diszperziós hatás néven ismert jelenség mérésén alapozták.
Az Univerzumon keresztül tartó utazásuk során a rádióhullámok kölcsönhatásba lépnek a plazma elektronjaival, amelyekkel útjuk során találkoznak. Ez a kölcsönhatás lassítja a hullám terjedését, a rádiójel frekvenciájától függően.
A magasabb frekvenciájú rádióhullámok valamivel gyorsabban érkeznek a megfigyelőhöz, mint az alacsonyabb frekvenciájú rádióhullámok.
Ezen értékek különbségének mérésével a csillagászok kiszámíthatják, hogy a jelnek mekkora plazmát kellett átadnia a megfigyelőnek, ami hozzávetőleges képet ad számukra a rádióimpulzus-forrás távolságáról.
A többi galaxisból ránk érkező rádióhullámok nem újdonságok. Csak a gyors rádióimpulzusok felfedezése előtt a tudósok nem figyeltek meg ilyen nagy intenzitású jeleket.
Egy olyan jel létezése, amelynek intenzitása milliószor nagyobb, mint bármi, amit korábban észleltünk, izgatja a képzeletet
Így a kvazárok - aktív galaktikus magok, amelyeken belül, ahogy a tudósok vélik, hatalmas fekete csillagok - hatalmas energiát sugároznak, beleértve a rádiótartományt is.
De a többi galaxisban található kvazárok olyan messze vannak tőlünk, hogy a tőlük kapott rádiójelek rendkívül gyengék.
Könnyen el tudják fojtani őket akár a Hold felszínére helyezett mobiltelefon rádiójelei is - jegyzi meg Bailes.
Más kérdés a gyors rádióimpulzusok. "Izgalmas egy olyan jel létezése, amely milliószor erősebb, mint korábban észlelt" - mondja Bales.
Különösen figyelembe véve azt a tényt, hogy a gyors rádióimpulzusok új, feltáratlan fizikai jelenségekre utalhatnak.
Eredetük egyik legbizonytalanabb magyarázata az úgynevezett kozmikus húrokkal függ össze - a tér-idő hipotetikus egydimenziós redőivel, amelyek legalább tíz parsek számára nyújthatók.
Ezen húrok némelyike szupravezető lehet, és elektromos áram folyhat rajtuk.
Egy 2014-ben javasolt hipotézis szerint a kozmikus húrok néha elszakadnak, ami elektromágneses sugárzás kitörését eredményezi.
Vagy - mondja Penh - ezeknek a kitöréseknek a magyarázata a fekete lyukak robbanása lehet.
A fekete lyuk gravitációs tere olyan hatalmas, hogy még az azt eltaláló fény sem képes visszaszökni.
Ha feltételezzük, hogy az Univerzum fejlődésének korai szakaszában kis fekete lyukak keletkeztek benne, akkor most csak elpárologhatnak
Az 1970-es években azonban. a híres brit elméleti fizikus, Stephen Hawking szerint az energia elpárologhat az öregedő fekete lyukak felszínéről.
Ha azt feltételezzük, hogy az Univerzum fejlődésének korai szakaszában kis fekete lyukak keletkeztek benne, akkor most csak elpárologhatnak és végül felrobbanhatnak, ami azonnali rádióemisszióhoz vezet.
2016 februárjában a csillagászok bejelentették, hogy áttörést hozhattak a kutatásban.
A brit Jodrell Bank Asztrofizikai Központjában a Square Kilometer Array rádióinterferométer központjában dolgozó Evan Keehan vezette tudóscsoport elemezte egy 2015 áprilisában rögzített gyors rádióimpulzus paramétereit.
A csillagászok következtetései szerint a rádióimpulzus forrása egy galaxisban volt tőlünk 6 milliárd fényévnyire, és régi csillagokból állt.
Ebben az esetben a megfigyelt rádióimpulzus paraméterei jelezték legalább egy forgatókönyv valószínűségét: párosított neutroncsillagok ütközése
A kutatók most először tudták meghatározni a rádióemissziós forrás helyét a galaxis pontosságával, amelyet a tudományos közösség rendkívül fontos felfedezésként érzékelt.
"A gyors rádióimpulzus forrását tartalmazó galaxis azonosítása a rejtvény egy része" - mondja Bales, aki Keehan csapatában is dolgozott. "Ha meg tudjuk határozni a galaxist, megtudhatjuk, milyen messze van tőlünk a forrás."
Ezt követően pontosan megmérheti az impulzusenergia mennyiségét, és elkezdheti elvetni a keletkezés szempontjából legvalószínűtlenebb elméleteket.
Ebben az esetben a megfigyelt rádióimpulzus paraméterei legalább egy szcenárió valószínűségét jelezték: párosított neutroncsillagok ütközése egymás körül forog.
Úgy tűnt, hogy a gyors rádióimpulzusok természetének rejtélye szinte megoldódott. "Nagyon izgatott voltam a tanulmány eredményei miatt" - mondja Lorimer.
Néhány héttel később azonban Edo Berger és Peter Williams, a Harvard Egyetem tudósai megkérdőjelezték az elméletet.
Keehan csapatának következtetései a jelenség megfigyelésén alapultak, amelyet a tudósok a rádiójel csillapításaként értelmeztek a gyors rádióimpulzus vége után.
Az elhalkuló jel forrása megbízhatóan egy olyan galaxisban volt, amely 6 milliárd fényévnyire található a Földtől, és a kutatók úgy vélték, hogy a gyors rádióimpulzus onnan érkezett.
Berger és Williams szerint azonban annak, amit Kian vett a maradék - elhalványuló - rádiójelhez, semmi köze nem volt a gyors rádióimpulzushoz.
Gondosan elemezték a maradék jel jellemzőit azáltal, hogy az amerikai Very Large Array rádióteleszkópot egy távoli galaxisra irányították.
A neutroncsillagok ütközése több nagyságrenddel ritkábban fordul elő, mint a gyors rádióimpulzusok valószínű frekvenciája, így az összes regisztrált eset nem magyarázható egyedül ezzel a jelenséggel.
Megállapítást nyert, hogy külön jelenségről beszélünk, amelyet maga a galaxis fényerejének ingadozása okoz, mivel középpontjában egy szupermasszív fekete lyuk található, amely kozmikus gázokat és port vesz fel.
Más szavakkal, a csillogó galaxis nem az a hely volt, ahonnan a gyors rádióimpulzus sugárzott. Csak véletlenül a távcső látómezőjében volt - vagy az igazi forrás mögött, vagy előtte.
És ha a rádióimpulzust nem erről a galaxisról küldték, akkor talán nem két neutroncsillag ütközése okozta.
A neutron forgatókönyvnek van még egy gyenge pontja. "A gyors rádióimpulzusok kibocsátásának frekvenciája sokkal nagyobb, mint a neutroncsillagok ütközésétől várható sugárzás frekvenciája" - mondja Maxim Lyutikov, az American Purdue Egyetem munkatársa.
Ezenkívül a neutroncsillagok ütközése több nagyságrenddel ritkábban fordul elő, mint a gyors rádióimpulzusok valószínű frekvenciája, így az összes regisztrált eset nem magyarázható egyedül ezzel a jelenséggel.
És hamarosan az új tudományos bizonyítékok még inkább csökkentették egy ilyen magyarázat valószínűségét.
2016 márciusában egy csillagászcsoport lenyűgöző felfedezésről számolt be. Tanulmányoztak egy rádiófrekvenciát, amelyet 2014-ben rögzített a Puerto Rico-i Arecibo Obszervatórium. Kiderült, hogy ez nem egyetlen esemény volt - az impulzust 16 nap alatt 11-szer megismételték.
"Ez volt a legnagyobb felfedezés az első gyors rádiószakadás óta" - mondja Penh. "Véget vet az eddig javasolt hatalmas számú hipotézisnek."
Az összes korábban rögzített gyors rádióimpulzus egyszeri volt - az ég ugyanazon szektorából származó jelek ismétlését nem rögzítették.
Ezért a tudósok feltételezték, hogy ezek kozmikus kataklizmák következményei lehetnek, amelyek minden esetben csak egyszer fordulnak elő - például fekete lyukak robbanásai vagy neutroncsillagok ütközései.
De egy ilyen elmélet nem magyarázza meg (egyes esetekben) a rádióimpulzusok gyors egymásutánban történő megismétlésének lehetőségét. Bármi is legyen az ilyen impulzussorozat oka, az előfordulásuk feltételeit egy bizonyos ideig fenn kell tartani.
Ez a körülmény jelentősen szűkíti a lehetséges hipotézisek listáját.
Az egyik, amelyet Buttercup kutat, azt mondja, hogy a fiatal pulzárok - a neutroncsillagok legfeljebb egy fordulat / milliszekundum sebességgel forognak - gyors rádióimpulzusok forrásai lehetnek.
Boglárka ilyen tárgyakat pulzárnak nevez a szteroidokon.
Az idő múlásával a pulzárok forgása lelassul, és a forgási energia egy része rádióemisszió formájában kiengedhető az űrbe.
Nem teljesen világos, hogy a pulzárok miként képesek gyors rádióimpulzusokat kibocsátani, de ismert, hogy képesek rövid rádióhullám-impulzusokat kibocsátani.
Tehát a rákködben található pulzár állítólag körülbelül 1000 éves. Viszonylag fiatal, és az egyik legerősebb pulzár, amelyet ismerünk.
Minél fiatalabb a pulzár, annál gyorsabban forog, és annál több energiával rendelkezik. Boglárka az ilyen tárgyakat "pulzárnak a szteroidokon" nevezi.
És bár a rák-köd pulzárjának most nincs elegendő energiája a gyors rádióimpulzusok kibocsátására, elképzelhető, hogy a megjelenése után azonnal megteheti.
Egy másik hipotézis szerint a gyors rádióimpulzusok energiaforrása nem a neutroncsillag forgása, hanem annak mágneses tere, amely ezermilliárdszor erősebb lehet, mint a Földé.
A rendkívül erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok, az úgynevezett mágnesek gyorsan rádióimpulzusokat bocsáthatnak ki a napkitörésekhez hasonló folyamaton keresztül.
Az Univerzumban sok mágnes található
A mágnes forgása közben a koronájában lévő mágneses mezők - a légkör vékony külső rétege - megváltoztatják a konfigurációt és instabillá válnak.
Egy bizonyos ponton ezeknek a mezőknek a vonala úgy viselkedik, mintha ostorra kattintana. Energiaáram szabadul fel, gyorsítva a töltött részecskéket, amelyek rádióimpulzusokat bocsátanak ki.
"Nagyon sok mágnes található az univerzumban" - mondja Bales. "Nevezetesek instabilitásuk miatt, ami talán megmagyarázza a gyors rádióimpulzusok előfordulását."
A neutroncsillagokkal kapcsolatos hipotézisek konzervatívabbak és viszonylag jól tanulmányozott jelenségeken alapulnak, ezért valószínűbbnek tűnnek.
"A gyors rádióimpulzusok előfordulásának minden olyan hipotézise, amelyet komolynak tartok és amelyet komolyan megvitatok kollégáimmal, a neutroncsillagokkal függ össze" - mondja Bales.
Elismeri azonban, hogy ez a megközelítés kissé egyoldalú lehet. Sok csillagász, aki gyors rádióimpulzusokat tanulmányoz, neutroncsillagokat is tanulmányoz, így érthető az a tendencia, hogy az előbbit az utóbbi prizmáján keresztül tekinti.
Előfordulhat, hogy a fizika feltáratlan szempontjaival van dolgunk
Vannak még szokatlanabb magyarázatok is. Például számos kutató felvetette, hogy gyors rádióimpulzusok keletkeznek a pulzárok aszteroidákkal való ütközése következtében.
Lehetséges, hogy egyszerre több hipotézis helyes, és mindegyik megmagyarázza a gyors rádióimpulzusok előfordulásának bizonyos esetét.
Talán egyes impulzusok megismétlődnek, míg mások nem, ami nem zárja ki teljesen a neutroncsillagok ütközésének és más kozmikus léptékű kataklizmák hipotézisét.
"Kiderülhet, hogy a válasz nagyon egyszerű" - mondja Lyutikov. "De az is előfordulhat, hogy a fizika feltáratlan vonatkozásaival, új asztrofizikai jelenségekkel van dolgunk."
Függetlenül attól, hogy valójában milyen gyors rádióimpulzusok alakulnak ki, ezek nagy haszonnal járhatnak az űrtudomány számára.
Például felhasználhatók az univerzum anyagmennyiségének mérésére.
Mint már említettük, a rádióhullámok útjuk során találkoznak az intergalaktikus plazmával, amely a hullám frekvenciájától függően lassítja sebességüket.
Amellett, hogy meg tudja mérni a jelforrás távolságát, a hullámsebesség különbsége képet ad arról is, hogy hány elektron van galaxisunk és a sugárforrás között.
"A rádióhullámokat az univerzumot alkotó elektronokkal kapcsolatos információk kódolják" - mondja Bailes.
Korábban a tudósok főleg az alapkutatásoktól való szabadidejükben foglalkoztak ezzel a témával.
Ez lehetőséget ad a tudósoknak arra, hogy nagyjából megbecsüljék a hétköznapi anyag mennyiségét az űrben, ami a jövőben segítségükre lesz az Univerzum megjelenésének modelljeinek kiszámításakor.
A gyors rádióimpulzusok egyedisége, hogy ezek egyfajta kozmikus lézersugarak, mondja Penh.
Meghatározott irányban átszúrják a teret, és elég intenzívek ahhoz, hogy kiváló mérési pontosságot biztosítsanak.
"Ez a legpontosabb mérési eszköz, amely elérhető a távoli objektumok látótávolságon belüli tanulmányozásához" - magyarázza.
Tehát szerinte a gyors rádióimpulzusok meg tudják mondani a sugárforrás közelében lévő plazma és mágneses mezők szerkezetét.
Amint a plazma áthalad, a rádióimpulzusok villoghatnak, ahogy a csillagok is felcsillannak, ha a föld légkörén keresztül nézik őket.
Ennek a szcintillációnak a mérése lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy több száz kilométeres pontossággal mérjék meg a plazma régiók méretét. A magas tudományos potenciál és nem utolsósorban a jelenség megmagyarázhatatlansága miatt az elmúlt években a tudósok érdeklődése a gyors rádióimpulzusok iránt jelentősen megnőtt.
"Korábban a tudósok főleg az alapkutatásoktól való szabadidejükben foglalkoztak ezzel a témával" - jegyzi meg Lorimer.
A csillagászok most intenzíven keresik a gyors rádióimpulzusokat az ég még fel nem tárt területein, és továbbra is megfigyelik az ég azon területeit, ahol ezeket a jelenségeket már rögzítették - a regisztráció reményében.
Ugyanakkor a világ minden táján a távcsövek erejét használják, mivel amikor egy impulzust több megfigyelőközpontból figyelnek meg, a forráskoordináták pontosabb kiszámításának valószínűsége jelentősen megnő.
Tehát a következő években az olyan rádióteleszkópok, mint a kanadai CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, vagy Canadian Hydrogen Intensive Mapping Experiment), képesek lesznek megfigyelni az ég hatalmas területeit, és több száz gyors rádióimpulzust regisztrálni.
Minél több adat gyűlik össze, annál érthetőbbé válik a gyors rádióimpulzusok jelensége. Talán egyszer kiderül a titkuk.