Badacze odkryli niezwykłe zjawisko w kosmosie - sygnały radiowe z przestrzeni kosmicznej powtarzają się w regularnych cyklach

Australijscy astronomowie wykorzystujący zaawansowane radioteleskopy zaobserwowali niezwykłe zjawisko kosmiczne, które rzuca nowe światło na jedną z największych zagadek współczesnej astronomii. Szybkie rozbłyski radiowe, znane jako FRB, które przez lata uznawano za przypadkowe wydarzenia, okazują się w niektórych przypadkach podlegać zaskakująco regularnym cyklom.

 

 

Pierwszego przełomu dokonali naukowcy w 2020 roku, gdy odkryli, że FRB 121102, jeden z najbardziej aktywnych źródeł powtarzających się sygnałów radiowych, emituje swoje sygnały według ściśle określonego wzorca. Ten niezwykły obiekt kosmiczny aktywuje się na około 90 dni, podczas których wysyła serię krótkich ale niezwykle mocnych impulsów radiowych, po czym znika na 67 dni w całkowitej ciszy. Ten cykl powtarza się co 157 dni z zadziwiającą regularnością.

 

Odkrycie zostało dokonane przez międzynarodowy zespół badaczy kierowany przez Kaustubha Rajwade z Uniwersytetu w Manchesterze, którzy przez cztery lata obserwowali ten obiekt za pomocą 76-metrowego radioteleskopu Lovell w obserwatorium Jodrell Bank w Anglii. Analizie poddano 32 rozbłyski zarejestrowane podczas kampanii obserwacyjnej, łącząc je z wcześniej opublikowanymi danymi.

 

To jednak nie jedyny przypadek cykliczności wśród szybkich rozbłysków radiowych. Wcześniej astronomowie odkryli FRB 180916, który wykazuje znacznie krótszy, 16-dniowy cykl aktywności. Przez cztery dni źródło to emituje jeden lub dwa rozbłyski na godzinę, po czym milknie na 12 dni. Fakt, że okres aktywności FRB 121102 jest niemal dziesięć razy dłuższy niż FRB 180916, wskazuje na ogromne zróżnicowanie tych tajemniczych zjawisk kosmicznych.

 

Szybkie rozbłyski radiowe to jedne z najbardziej enigmatycznych zjawisk we wszechświecie. Te niesamowicie energetyczne impulsy trwają zaledwie kilka milisekund, ale w tak krótkim czasie uwalniają tyle energii, ile Słońce produkuje przez trzy dni. Choć są niezwykle potężne u źródła, sygnał docierający do Ziemi ma siłę tysiąc razy słabszą niż sygnał telefonu komórkowego z Księżyca.

 

Pierwszy FRB został odkryty w 2007 roku przez Duncana Lorimera i jego studenta Davida Narkevica, którzy przeglądali archiwalne dane z australijskiego radioteleskopu Parkes. Od tego czasu astronomowie zarejestrowali już ponad 800 tego typu sygnałów, przy czym mniej niż 10 procent z nich to powtarzające się źródła.

 

Co szczególnie intrygujące, większość FRB pochodzi z odległych galaktyk, często oddalonych o miliardy lat świetlnych od Ziemi. FRB 121102 został zlokalizowany w małej galaktyce karłowatej znajdującej się ponad 3 miliardy lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Woźnicy. To bardzo aktywna galaktyka, w której intensywnie powstają nowe gwiazdy.

 

Regularność powtarzania się tych sygnałów daje astronomom istotne wskazówki co do ich pochodzenia. Wcześniej naukowcy rozważali różne możliwości, od eksplozji gwiazd neutronowych zwanych magnetarami, przez kolizje czarnych dziur, aż po spekulacje o możliwych sygnałach pozaziemskich cywilizacji. Odkrycie cykliczności znacznie zawęża listę możliwych wyjaśnień.

 

Najbardziej prawdopodobną hipotezą wydaje się obecnie teoria układów podwójnych, w których jedno ciało niebieskie krąży wokół drugiego. Regularny 157-dniowy cykl może być związany z ruchem orbitalnym masywnej gwiazdy, gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury. Takie układy podwójne wysokoenergetyczne znane w naszej Galaktyce mogą mieć okresy orbitalne sięgające setek dni.

Odkrycie to zmusiło także astronomów do przewartościowania teorii precesji gwiazd neutronowych. Wcześniej uważano, że powtarzające się FRB mogą być wynikiem chybotania osi magnetycznej wysoce zmagnetyzowanej gwiazdy neutronowej, podobnie jak chybocze się bączek. Jednak 157-dniowy okres precesji wydaje się trudny do wyjaśnienia przy uwzględnieniu ogromnych pól magnetycznych oczekiwanych w takich gwiazdach.

Potwierdzenie regularności FRB 121102 nastąpiło w 2020 roku, gdy źródło ponownie aktywowało się dokładnie zgodnie z przewidywaniami. Astronomowie wykorzystujący różne instrumenty, w tym chiński radioteleskop FAST o średnicy 500 metrów i niemiecki teleskop Effelsberg, niezależnie potwierdzili cykliczną naturę tego zjawiska, choć nieznacznie korygując długość cyklu na około 156-161 dni.

Odkrycie periodyczności w sygnałach FRB otwiera nowe możliwości badawcze. Znając harmonogram aktywności źródła, astronomowie mogą planować obserwacje wysokiej jakości w przyszłości, wykorzystując najnowocześniejsze instrumenty do głębszej analizy tych zjawisk. To może pomóc w ostatecznym rozwiązaniu zagadki pochodzenia szybkich rozbłysków radiowych.

Co więcej, FRB okazują się być potężnym narzędziem do badania struktury wszechświata. Sygnały te, przemierzając miliardy lat świetlnych, wchodzą w interakcje z materią międzygalaktyczną, pozwalając astronomom na pomiar tak zwanej "brakującej materii" - zwykłej materii, która powinna istnieć we wszechświecie zgodnie z modelami kosmologicznymi, ale dotychczas pozostawała niewykrywalna.

Najnowsze obserwacje sugerują również, że zjawisko periodyczności może być bardziej powszechne wśród powtarzających się FRB, niż początkowo sądzono. Możliwe, że wszystkie powtarzające się źródła wykazują jakąś formę regularności, którą trudno wykryć bez długoterminowych obserwacji. To wywołuje potrzebę poświęcenia znacznie większej ilości czasu teleskopowego na obserwacje znanych powtarzających się źródeł FRB.

Obecnie astronomowie przygotowują się do uruchomienia jeszcze potężniejszych instrumentów, które pozwolą na odkrycie tysięcy nowych FRB. Międzynarodowe Obserwatorium SKA buduje obecnie dwa radioteleskopy w Republice Południowej Afryki i Australii, które będą zdolne do wykrywania nawet bardzo odległych rozbłysków, niemożliwych do zaobserwowania obecnymi urządzeniami.

Mimo że od pierwszego odkrycia FRB minęło już ponad 15 lat, te kosmiczne zagadki wciąż skrywają swoje sekrety. Regularne powtarzanie się niektórych sygnałów stanowi jednak przełomową wskazówkę, która może ostatecznie doprowadzić do zrozumienia jednego z najbardziej spektakularnych zjawisk we wszechświecie. Czy te cykliczne sygnały to rezultat naturalnych procesów astrofizycznych, czy może coś znacznie bardziej niezwykłego, pozostaje jedną z największych tajemnic współczesnej astronomii.