Od leta 2007 so astronomi posneli približno 20 skrivnostnih radijskih impulzov daleč izven naše Galaksije. Kolumnist BBC Earth se je odločil izvedeti več o tem pojavu.
V vesolju ne manjka nenavadnih in ne povsem razumljenih pojavov - od črnih lukenj do nenavadnih planetov. Znanstveniki se imajo nad čim uganiti.
Toda ena skrivnost je v zadnjem času še posebej zanimiva za astronome - skrivnostni izbruhi radijskih emisij v vesolju, znani kot hitri radijski impulzi.
Trajajo le nekaj milisekund, sproščajo pa približno milijonkrat več energije, kot jo v istem obdobju proizvede Sonce.
Od odkritja prvega takega impulza leta 2007 je astronomom uspelo zabeležiti manj kot 20 takih primerov - vsi njihovi viri so bili zunaj naše Galaksije in so bili enakomerno porazdeljeni po nebu.
Vendar pa teleskopi v določenem trenutku običajno opazujejo majhne dele neba.
Če pridobljene podatke ekstrapoliramo na celo nebo, potem lahko, kot domnevajo astronomi, število takih radijskih impulzov doseže 10 tisoč na dan.
In nihče ne ve razloga za ta pojav.
Promocijski video:
Astronomi imajo seveda veliko možnih razlag, od katerih se nekatere slišijo zelo eksotično: trki nevtronskih zvezd, eksplozije črnih lukenj, prelomi kozmičnih strun in celo rezultati dejavnosti zunajzemeljske inteligence.
"Zdaj obstaja več teorij, ki skušajo razložiti naravo hitrih radijskih impulzov, kot jih je v resnici," pravi Duncan Lorimer, raziskovalec na ameriški univerzi v Zahodni Virginiji in vodja raziskovalne skupine, ki je odkrila prvi hitri radijski impulz (imenovan tudi Lorimerjev pulz). "To je plodna tla za teoretike."
A četudi se razlaga o naravi hitrih radijskih impulzov izkaže za veliko bolj običajno, lahko znanosti še vedno zelo koristijo.
Nedvomno bodo revolucionirali naše razumevanje vesolja.
Ti radijski signali so kot laserski žarki, ki prebijajo vesolje in na svoji poti srečujejo magnetna polja, plazmo in druge kozmične pojave.
Z drugimi besedami, na poti zajemajo informacije o medgalaktičnem vesolju in lahko predstavljajo edinstveno orodje za raziskovanje vesolja.
"Nedvomno bodo revolucionirali naše razumevanje vesolja, saj jih bomo lahko uporabili za zelo natančne meritve," pravi Peng Wee-Li, astrofizičarka z univerze v Torontu.
Toda preden se to zgodi, morajo znanstveniki bolje razumeti naravo hitrih radijskih impulzov.
Astronomi so v zadnjih mesecih na tem področju dosegli obetaven napredek.
Prva stvar, ki je Lorimerja navdušila nad pulzom, ki ga je odkril, je bila njegova intenzivnost.
Lorimer in njegovi kolegi so pregledali arhivske zbirke podatkov, zbrane z radijskim teleskopom Parks v Avstraliji. Iskali so radijske impulze - na primer tiste, ki jih oddajajo hitro vrtljive nevtronske zvezde, tako imenovani pulsarji.
Tisto noč sem bil tako navdušen, da nisem mogel zaspati
Matthew Bales, astronom
Te zvezde, vsaka s premerom velikega mesta, imajo gostoto atomskega jedra in se lahko vrtijo s hitrostjo, večjo od 1000 vrtljajev na sekundo.
Hkrati oddajajo ozko usmerjene tokove radijske emisije, v povezavi s tem jih imenujemo tudi vesoljski svetilniki.
Radijski signali, ki jih oddajajo pulsarji, so opazovalcu z Zemlje videti kot pulzacije.
Toda signal, ki ga je zaznala Lorimerjeva ekipa, je bil zelo čuden.
"Bil je tako močan, da je preplavil elektronske komponente teleskopa," se spominja Lorimer. "To je za radijski vir izjemno nenavadno."
Utrip je trajal približno 5 milisekund, nato pa je njegova intenzivnost upadla.
"Spomnim se, ko sem prvič videl diagram giba," je povedal član Lorimerjeve ekipe Matthew Bales, astronom z Tehnične univerze Swinburne v Avstraliji. "Tisto noč sem bil tako navdušen, da nisem mogel zaspati."
Približno pet let po odkritju Lorimerjevega impulza je ostal nepojasnjena anomalija.
Nekateri učenjaki so verjeli, da gre zgolj za instrumentalno vmešavanje. In v študiji, objavljeni leta 2015, je rečeno, da se impulzi podobnih parametrov beležijo med delovanjem mikrovalov, nameščenih v gospodarskem delu Observatorija Parks.
Njihovi viri so zunaj naše Galaksije, verjetno milijarde svetlobnih let od Zemlje.
Od leta 2012 pa so astronomi, ki delajo z drugimi teleskopi, zaznali še več podobnih radijskih impulzov in s tem potrdili, da signali dejansko prihajajo iz vesolja.
In ne samo iz vesolja - njihovi viri so zunaj naše Galaksije, morda milijarde svetlobnih let od Zemlje. Ta predpostavka je bila narejena na podlagi meritev pojava, znanega kot disperzijski učinek.
Med potovanjem po vesolju radijski valovi komunicirajo z elektroni plazme, ki jih srečajo na svoji poti. Ta interakcija povzroči upočasnitev širjenja valov, odvisno od frekvence radijskega signala.
Visokofrekvenčni radijski valovi pridejo do opazovalca nekoliko hitreje kot radijski valovi nižje frekvence.
Z merjenjem razlike v teh vrednostih lahko astronomi izračunajo, koliko plazme je moral signal prepustiti opazovalcu, kar jim daje približno predstavo o razdalji vira radijskega impulza.
Radijski valovi, ki prihajajo k nam iz drugih galaksij, niso nič novega. Samo pred odkritjem hitrih radijskih impulzov znanstveniki niso opazili signalov tako visoke jakosti.
Obstoj signala, katerega intenzivnost je milijonkrat večja od vsega, kar smo prej zaznali, vznemirja domišljijo
Torej kvazarji - aktivna galaktična jedra, znotraj katerih so, kot menijo znanstveniki, masivne črne zvezde - oddajajo ogromno energije, tudi v radijskem območju.
Toda kvazarji, ki se nahajajo v drugih galaksijah, so tako daleč od nas, da so radijski signali, ki jih prejmemo iz njih, izjemno šibki.
Z lahkoto bi jih utopil tudi radijski signal z mobilnega telefona, nameščenega na površini lune, ugotavlja Bailes.
Druga stvar so hitri radijski impulzi. "Obstoj signala, ki je milijonkrat močnejši od vsega, kar smo prej zaznali, je vznemirljiv," pravi Bales.
Še posebej ob upoštevanju dejstva, da hitri radijski impulzi lahko kažejo na nove, neraziskane fizične pojave.
Ena najbolj dvoumnih razlag o njihovem izvoru je povezana s tako imenovanimi kozmičnimi strunami - hipotetičnimi enodimenzionalnimi gubami prostora-časa, ki se lahko raztezajo za vsaj deset parsekov.
Nekateri od teh strun imajo lahko superprevodne lastnosti in skozi njih lahko teče električni tok.
V skladu s hipotezo, predlagano leta 2014, se vesoljni struni včasih pretrgajo, kar povzroči izbruh elektromagnetnega sevanja.
Ali, pravi Penh, so lahko razloge za te izbruhe eksplozije črnih lukenj.
Gravitacijsko polje črne luknje je tako veliko, da niti svetloba, ki jo zadene, ne more uiti nazaj.
Če predpostavimo, da so v zgodnji fazi razvoja vesolja v njem nastale majhne črne luknje, potem lahko le izparijo
Vendar v sedemdesetih letih. slavni britanski teoretični fizik Stephen Hawking je predlagal, da lahko energija izhlapi s površine starajočih se črnih lukenj.
Če predpostavimo, da so v zgodnji fazi razvoja vesolja v njem nastale majhne črne luknje, potem lahko le izhlapijo in na koncu eksplodirajo, kar vodi do trenutnega oddajanja radijskih emisij.
Februarja 2016 so astronomi sporočili, da so morda naredili preboj v raziskavah.
Skupina znanstvenikov pod vodstvom Evana Keehana, ki je delala na sedežu radijskega interferometra Square Kilometer Array v britanskem astrofizičnem centru Jodrell Bank, je analizirala parametre enega hitrega radijskega impulza, zabeleženega aprila 2015.
Glede na zaključke astronomov je bil vir radijskega impulza v galaksiji, ki je bila od nas oddaljena 6 milijard svetlobnih let in je bila sestavljena iz starih zvezd.
V tem primeru so parametri opazovanega radijskega impulza kazali verjetnost vsaj enega scenarija: trkov seznanjenih nevtronskih zvezd
Prvič so raziskovalci lahko z natančnostjo galaksije ugotovili lokacijo vira radijskih emisij, kar je bilo v znanstveni skupnosti dojeto kot izjemno pomembno odkritje.
"Identifikacija galaksije, ki vsebuje vir hitrega radijskega impulza, je del sestavljanke," pravi Bailes, ki je sodeloval tudi v Kianovi ekipi. "Če lahko določimo galaksijo, lahko ugotovimo, kako daleč od nas je vir."
Po tem lahko natančno izmerite količino impulzne energije in začnete zavreči najbolj neverjetne teorije o njenem izvoru.
V tem primeru so parametri opazovanega radijskega impulza kazali na verjetnost vsaj enega scenarija: trkov seznanjenih nevtronskih zvezd, ki se vrtijo ena okoli druge.
Zdelo se je, da je skrivnost narave hitrih radijskih impulzov skoraj rešena. "Zelo sem bil navdušen nad rezultati te študije," pravi Lorimer.
Toda le nekaj tednov kasneje sta znanstvenika Edo Berger in Peter Williams z univerze Harvard podvomila v teorijo.
Zaključki Keehanove ekipe so temeljili na opazovanju pojava, ki so ga znanstveniki razlagali kot slabljenje radijskega signala po koncu hitrega radijskega impulza.
Vir slabega signala je bil zanesljivo lociran v galaksiji, ki se nahaja 6 milijard svetlobnih let od Zemlje, in raziskovalci so verjeli, da hitri radijski impulz prihaja od tam.
Vendar pa po besedah Bergerja in Williamsa to, kar je Kian vzel za preostali - zbledeli - radijski signal, ni imelo nič skupnega s hitrim radijskim impulzom.
Pazljivo so analizirali značilnosti preostalega signala, tako da so ameriški radijski teleskop Very Large Array usmerili v oddaljeno galaksijo.
Trki nevtronskih zvezd se zgodijo nekaj velikosti redkeje kot verjetna frekvenca hitrih radijskih impulzov, tako da vseh zabeleženih primerov ni mogoče razložiti samo s tem pojavom.
Ugotovljeno je bilo, da govorimo o ločenem pojavu, ki ga povzročajo nihanja v svetlosti same galaksije, ker je v njenem središču supermasivna črna luknja, ki absorbira kozmične pline in prah.
Z drugimi besedami, utripajoča galaksija ni bila kraj, od koder se je oddajal hiter radijski impulz. Samo zgodilo se je, da je bilo v vidnem polju teleskopa - bodisi za resničnim izvorom bodisi pred njim.
In če radijski impulz ni bil poslan iz te galaksije, potem morda ni bil posledica trka dveh nevtronskih zvezd.
Nevtronski scenarij ima še eno šibko točko. "Frekvenca oddajanja hitrih radijskih impulzov je veliko večja od frekvence sevanja, ki se pričakuje od trkov nevtronskih zvezd," pravi Maxim Lyutikov z ameriške univerze Purdue.
Poleg tega se trki nevtronskih zvezd zgodijo nekaj zaporedjev redkeje kot verjetna frekvenca hitrih radijskih impulzov, tako da vseh zabeleženih primerov ni mogoče razložiti samo s tem pojavom.
In kmalu so novi znanstveni dokazi še bolj zmanjšali verjetnost takšne razlage.
Marca 2016 je skupina astronomov poročala o osupljivem odkritju. Preučevali so radijski impulz, ki ga je leta 2014 posnel observatorij Arecibo v Portoriku. Izkazalo se je, da to ni bil en sam dogodek - impulz se je ponavljal 11-krat v 16 dneh.
"To je bilo največje odkritje od prvega hitrega radijskega izbruha," pravi Penh. "Konča ogromno število doslej predlaganih hipotez."
Vsi prej posneti hitri radijski impulzi so bili enojni - ponovitev signalov iz istega nebeškega sektorja ni bila posneta.
Zato so znanstveniki domnevali, da so lahko posledica kozmičnih kataklizem, ki se v vsakem primeru pojavijo le enkrat - na primer eksplozije črnih lukenj ali trki nevtronskih zvezd.
Toda taka teorija ne pojasnjuje možnosti (v nekaterih primerih) ponavljanja radijskih impulzov v hitrem zaporedju. Ne glede na vzrok za tako vrsto impulzov je treba pogoje za njihov pojav vzdrževati določen čas.
Ta okoliščina znatno zoži seznam možnih hipotez.
Eden od njih, ki ga raziskuje Buttercup, pravi, da so mladi pulsarji - nevtronske zvezde, ki se vrtijo s hitrostjo do enega obrata na milisekundo - lahko vir hitrih radijskih impulzov.
Buttercup takšne predmete na steroidih imenuje pulsarji.
Sčasoma se vrtenje pulsarjev upočasni in nekaj rotacijske energije lahko v obliki radio oddajanja vrže v vesolje.
Ni povsem jasno, kako lahko pulzarji oddajajo hitre radijske impulze, vendar je znano, da so sposobni oddajati kratke impulze radijskih valov.
Torej je pulsar v meglici Crab menda star približno 1000 let. Je razmeroma mlad in je eden najmočnejših pulsarjev, ki so nam znani.
Mlajši kot je pulsar, hitreje se vrti in več energije ima. Buttercup take predmete imenuje "pulsarji na osnovi steroidov".
In čeprav pulsar v meglici Crab zdaj nima dovolj energije za oddajanje hitrih radijskih impulzov, je mogoče, da bi to lahko storil takoj po njegovem pojavu.
Druga hipoteza pravi, da vir energije za hitre radijske impulze ni vrtenje nevtronske zvezde, temveč njeno magnetno polje, ki je lahko tisoč bilijonov krat močnejše od Zemljinega.
Nevtronske zvezde z izjemno močnimi magnetnimi polji, tako imenovani magnetarji, lahko oddajajo hitre radijske impulze skozi postopek, podoben tistemu, ki povzroči sončne žarke.
V vesolju je veliko magnetarjev
Ko se magnetar vrti, magnetna polja v njegovi koroni - tanki zunanji plasti ozračja - spremenijo konfiguracijo in postanejo nestabilna.
V nekem trenutku se vrstice teh polj obnašajo, kot da ste kliknili bič. Sprosti se tok energije, ki pospeši nabite delce, ki oddajajo radijske impulze.
"V vesolju je veliko magnetarjev," pravi Bales. "So nestabilni, kar verjetno pojasnjuje pojav hitrih radijskih impulzov."
Hipoteze, povezane z nevtronskimi zvezdami, so bolj konzervativne in temeljijo na razmeroma dobro preučenih pojavih, zato se zdijo bolj verjetne.
"Vse hipoteze o pojavu hitrih radijskih impulzov, za katere menim, da so resne in o katerih resno razpravljam s kolegi, so povezane z nevtronskimi zvezdami," pravi Bales.
Vendar priznava, da je ta pristop lahko nekoliko enostranski. Mnogi astronomi, ki preučujejo hitre radijske impulze, preučujejo tudi nevtronske zvezde, zato je njihova težnja, da prve gledajo skozi prizmo drugih, razumljiva.
Morda imamo opravka z neraziskanimi vidiki fizike
Obstaja tudi več nekonvencionalnih razlag. Številni raziskovalci so denimo predlagali, da se hitri radijski impulzi pojavijo kot posledica trkov pulzarjev z asteroidi.
Možno je, da več hipotez drži naenkrat in vsaka od njih razloži določen primer pojava hitrih radijskih impulzov.
Morda se nekateri impulzi ponavljajo, drugi pa ne, kar pa popolnoma ne izključuje hipoteze o trkih nevtronskih zvezd in drugih kataklizmi v kozmičnem merilu.
"Izkazalo se je, da je odgovor zelo preprost," pravi Lyutikov. "Lahko pa se zgodi tudi, da imamo opravka z neraziskanimi vidiki fizike, z novimi astrofizičnimi pojavi."
Ne glede na to, kakšni hitri radijski impulzi se dejansko izkažejo, so lahko v vesoljski znanosti zelo koristni.
Na primer, z njimi lahko merimo prostornino snovi v vesolju.
Kot smo že omenili, radijski valovi na poti srečajo medgalaktično plazmo, ki upočasni njihovo hitrost, odvisno od frekvence vala.
Razlika v hitrosti valovanja poleg tega, da lahko izmeri razdaljo do vira signala, daje tudi predstavo o tem, koliko elektronov je med našo galaksijo in virom sevanja.
"Radijski valovi so kodirani z informacijami o elektronih, ki tvorijo vesolje," pravi Bailes.
Prej so se znanstveniki s to temo ukvarjali predvsem v prostem času od temeljnih raziskav.
To daje znanstvenikom priložnost, da približno ocenijo količino navadne snovi v vesolju, kar jim bo v prihodnosti pomagalo pri izračunu modelov za nastanek vesolja.
Edinstvenost hitrih radijskih impulzov je, da so nekakšni kozmični laserski žarki, pravi Pen.
Prebadajo prostor v točno določeno smer in so dovolj intenzivni, da zagotavljajo vrhunsko natančnost merjenja.
"To je najbolj natančno merilno orodje, ki nam je na voljo za preučevanje oddaljenih predmetov v vidnem polju," pojasnjuje.
Po njegovem mnenju lahko hitri radijski impulzi povedo o strukturi plazme in magnetnih polj v bližini vira sevanja.
Pri prehodu skozi plazmo lahko radijski impulzi utripajo - tako kot zvezde utripajo, ko jih gledamo skozi zemeljsko atmosfero.
Merjenje značilnosti te scintilacije bo astronomom omogočilo, da izmerijo velikost plazemskih regij z natančnostjo več sto kilometrov. Zaradi velikega znanstvenega potenciala in nenazadnje tudi zaradi nerazložljivosti pojava se je v zadnjih nekaj letih zanimanje znanstvenikov za hitre radijske impulze močno povečalo.
"Prej so se znanstveniki s to temo ukvarjali predvsem v prostem času od običajnih raziskav," pravi Lorimer.
Zdaj astronomi intenzivno iščejo hitre radijske impulze v še neraziskanih predelih neba in še naprej opazujejo sektorje neba, kjer so bili ti pojavi že zabeleženi - v upanju, da jih bodo registrirali.
Hkrati se uporabljajo moči teleskopov po vsem svetu, saj se pri opazovanju enega impulza iz več opazovalnic znatno poveča verjetnost natančnejšega izračuna koordinat vira.
Tako bodo lahko v naslednjih nekaj letih radijski teleskopi, kot je kanadski CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment ali Canadian Hydrogen Intensive Mapping Experiment), lahko opazovali velika območja neba in registrirali na stotine hitrih radijskih impulzov.
Več kot bo zbranih podatkov, bolj razumljiv bo pojav hitrih radijskih impulzov. Morda se bo nekoč razkrila njihova skrivnost.