Kosmos

Ktoś do nas na falach nadaje?

Numer 9/2020
Wizualizacja pochodzącego z odległej galaktyki błysku radiowego FRB 181112. Wizualizacja pochodzącego z odległej galaktyki błysku radiowego FRB 181112. M. Kornmesser / ESO
Dziwny, szybki, ale przede wszystkim regularny błysk radiowy był odbierany przez naziemne radioteleskopy przez półtora roku. Pochodził z galaktyki spiralnej oddalonej od nas o 500 mln lat świetlnych? Co to może być?
FRB 121102, pierwszy powtarzalny błysk ­zarejestrowany w 2012 r. Zdjęcie pochodzi z teleskopu Gemini North na Hawajach.Gemini Observatory AURA NSF NRC FRB 121102, pierwszy powtarzalny błysk ­zarejestrowany w 2012 r. Zdjęcie pochodzi z teleskopu Gemini North na Hawajach.
Radioteleskop Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), uruchomiony ­niedawno w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie, specjalizuje się w wykrywaniu obiektów typu FRB.CHIME Radioteleskop Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), uruchomiony ­niedawno w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie, specjalizuje się w wykrywaniu obiektów typu FRB.
Aktywne i ­głośne radiowo ­lacertydy (na zdj. BL Lac H 0323+022) są uznawane za potencjalne źródła FRB.Renato Falomo/Wikimedia Commons Aktywne i ­głośne radiowo ­lacertydy (na zdj. BL Lac H 0323+022) są uznawane za potencjalne źródła FRB.
Kwazary (na zdj. wizualizacja ULAS J1120+0641) też są podejrzewane o generowanie szybkich błysków radiowych.M. Kornmesser/EAST NEWS Kwazary (na zdj. wizualizacja ULAS J1120+0641) też są podejrzewane o generowanie szybkich błysków radiowych.

Pierwszy bardzo krótki – trwający kilka tysięcznych sekundy – ale też bardzo silny (porównywalny z energią wypromieniowaną przez Słońce przez 10 tys. lat) rozbłysk radiowy odkryto w 2007 r. Nadano mu nazwę fast radio burst (FRB). Zresztą natrafiono na niego przez przypadek, gdy przeszukiwano archiwa radioteleskopu Parkes w Australii, by znaleźć w nich dane o nowych pulsarach. Ustalono, że błysk został zarejestrowany przez ten teleskop sześć lat wcześniej. Do dziś namierzono już ponad 100 takich zdarzeń pochodzących spoza naszej galaktyki.

Przez jakiś czas specjaliści nie mogli wskazać dokładnej lokalizacji błysków. Po raz pierwszy udało się to w przypadku błysku FRB 121102. W 2012 r. zarejestrowano – radioteleskop w Arecibo (Puerto Rico) – kilka następujących po sobie sygnałów; wszystkie bardzo mocne i krótkie. Źródło zlokalizowano dopiero po czterech latach dzięki wspólnej obserwacji dokonanej przez szereg radioteleskopów Very Large Array z Nowego Meksyku w USA i 8-metrowego teleskopu optycznego Gemini North na Hawajach. Okazało się, że powtarzalny błysk pochodzi z niedużej, znacznie mniejszej od Drogi Mlecznej galaktyki karłowatej, oddalonej od nas o 3 mld l.ś.

Zagadką wciąż pozostaje, co dokładnie te błyski wywołuje. Istnieje kilka hipotez na ten temat. Najczęściej mówi się, że są one emitowane przez magnetary, czyli podklasę gwiazd neutronowych, charakteryzujących się największym w kosmosie oddziaływaniem magnetycznym. Niewykluczone też – spekulują astrofizycy – że przez jądra galaktyk aktywnych, a więc galaktyk Seyferta, kwazarów, radiogalaktyk i lacertydów. Błyski powstają tam w dżetach materialnych, wystrzeliwujących z otoczenia supermasywnej centralnej czarnej dziury, gdy ta pochłania materię z otaczającego ją dysku akrecyjnego. Niektórzy badacze problemu sugerują też, że pojedyncze błyski mogą powstawać podczas wybuchów gwiazd supernowych. Powtarzalne już raczej nie, gdyż wybuchy supernowych są zjawiskami jednostkowymi. Uznaje się więc, że źródłami błysków jest coś nagłego, czemu towarzyszy emisja ogromnej energii. Nie zarejestrowaliśmy też na razie błysków bliskich, czyli z naszej galaktyki lub jej bezpośredniego sąsiedztwa. Wszystkie pochodzą z daleka lub bardzo daleka.

Regularność – nowa zagadka

Teraz dowiadujemy się o szybkich błyskach radiowych jeszcze czegoś. Otóż astronomowie z Jodrell Bank Observatory w Anglii jeszcze dokładniej (przy użyciu teleskopu Lovell) przyjrzeli się źródłu FRB 121102 i stwierdzili, że istnieje wyraźna regularność w jego aktywności, a mianowicie generuje ono błyski przez 90 dni, po których następuje 60-dniowy okres ciszy. Następnie cykl ten się powtarza. I tak cały czas. Ta obserwacja rzuca nieco światła na naturę tych obiektów i każe przypuszczać, że regularna sekwencja w aktywności źródła jest jakoś związana z ruchem orbitalnym masywnego obiektu typu gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Badania z Jodrell Bank Observatory zostały omówione w czerwcowym wydaniu „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

Jednak nie koniec na tym. Dziesięć dni po ukazaniu się wspomnianej publikacji czasopismo „Nature” zamieściło artykuł omawiający wyniki obserwacji dokonanych dzięki radioteleskopowi CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), który został w 2017 r. uruchomiony w Dominion Radio Astrophysical Observatory w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie. CHIME to cztery potężne anteny radiowe, wielkością i kształtem przypominające konstrukcje typu half-pipe dla snowboardzistów. Nie skupiają się na wybranych obiektach, lecz raczej skanują całe niebo w poszukiwaniu źródeł radiowej aktywności. Przy teleskopie powstała grupa kilkudziesięciu badaczy nieba – głównie z Kanady – projekt CHIME/ FRB – która specjalizuje się w wykrywaniu i śledzeniu szybkich błysków radiowych. Wyniki ich prac z okresu wrzesień 2018–luty 2020, przedstawione w „Nature”, są niebywałe.

Otóż badaczom z CHIME/FRB udało się w tym czasie zaobserwować wiele szybkich błysków radiowych emitowanych przez jedno punktowe źródło w masywnej spiralnej galaktyce oddalonej od nas o 500 mln l.ś. To najbliższe nam źródło FRB oznaczono symbolem FRB 180916.J0158+65. Okazuje się, że jego aktywność wykazuje regularność, ale cykle są bardzo krótkie – mają zaledwie 16 dni. Źródło jest aktywne przez cztery dni, kiedy to dochodzi do jednego lub zwykle kilku błysków radiowych, po czym następuje 12 dni ciszy radiowej. Taki schemat powtarzał się jak w zegarku przez 500 dni obserwacji dokonanych przez CHIME.

Co to może być?

Mamy więc źródło powtarzalnego błysku radiowego o niezwykłej regularności. Uczeni opracowali kilka hipotez, co może wywoływać tego rodzaju sygnał, ale żadna z nich nie dominuje. Pierwsze wytłumaczenie każe przypuszczać, że błyski pochodzą z masywnego obiektu zwartego, np. gwiazdy neutronowej, która podlega precesji, a więc nie tylko rotuje wokół własnej osi, lecz jej oś ulega odchyleniom i zatacza drogę po okręgu. Gdy przyjmiemy, że błysk jest emitowany z jednego miejsca na obiekcie, a ten obraca się wokół swojej osi, to taką cykliczność da się wytłumaczyć tym, że oś obiektu jest tylko przez 4 dni na 16 skierowana w stronę Ziemi.

Druga hipoteza mówi o tym, że błysk powstaje w układzie podwójnym okrążających się po ekscentrycznych orbitach gwiazd neutronowych. Gdy jedna z gwiazd zbliża się do drugiej, siły pływowe mogą ją odkształcić i wówczas emituje ona błysk, nim powróci do właściwego stanu, oddalając się po orbicie. Efekt powtarza się, gdyż gwiazdy stale wokół siebie krążą.

Wreszcie trzecie wytłumaczenie mówi, że błyski mogą pochodzić ze źródła, które okrąża masywną gwiazdę generującą silny wiatr gwiazdowy. Gdy źródło przechodzi przez obłok uwolnionego z gwiazdy gazu, ten periodycznie wzmacnia jego sygnał. Obłok taki staje się wówczas rodzajem soczewki dla sygnałów radiowych źródła.

Wciąż też w mocy pozostaje hipoteza, że źródłami powtarzalnych i regularnych błysków radiowych są magnetary. Zwłaszcza że ten sam zespół – CHIME/ FRB – już w kwietniu tego roku wykrył sygnał radiowy bardzo przypominający szybki błysk pochodzący z magnetara, leżącego zaledwie 30 tys. l.ś. od Ziemi. Ta obserwacja musi być jeszcze potwierdzona, jeśli jednak tak się stanie, będzie to oznaczało nie tylko odkrycie pierwszego szybkiego błysku radiowego w obrębie naszej galaktyki, ale też stanie się argumentem za przyjęciem tezy, iż to właśnie magnetary są źródłami FRB.

To nie są obcy

Badacze zajmujący się tajemniczymi błyskami radiowymi raczej nie biorą pod uwagę możliwości, że pochodzą one z dalekich i rozwiniętych cywilizacji, których aktywność techniczna przejawia się właśnie w formie powtarzalnych i regularnych błysków. Wyjątkiem są tu dwaj profesorowie: Avi Loeb i Manasvi Lingam z Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, czyli jednego z przodujących ośrodków badań kosmosu na świecie. Według nich wcale nie można wykluczyć sztucznej natury błysków, a więc tego, że są one efektem jakiejś przemyślanej działalności na wielką skalę. Oczywiście Loeb i Lingam przyznają, że ich rozważania to tylko spekulacje, a sam Loeb spytany, czy rzeczywiście wierzy w sztuczne pochodzenie błysków, odpowiedział, że nauka nie jest kwestią wiary, lecz faktów, i że jedynie proponuje pewną ideę, którą w przyszłości zweryfikują fakty. Może się szybko okazać, że błyski są na pewno efektem wyłącznie naturalnych procesów kosmicznych, ale póki tego na pewno nie wiemy, póty każde wytłumaczenie trzeba brać pod uwagę.

Podobne problemy mieliśmy dawno temu z błyskami gamma, czyli zdecydowanie najbardziej burzliwymi zjawiskami we wszechświecie. Nie ma w kosmosie, poza emisją odkrytych niedawno fal grawitacyjnych, niczego tak energetycznego. Długo sądzono, że (wykrywane na Ziemi) błyski gamma są związane z nielegalnymi próbami broni atomowej (wybuchy bomb jądrowych emitują promieniowanie gamma), o które podejrzewano Związek Radziecki, i dopiero wielki polski astrofizyk Bogdan Paczyński udowodnił w latach 80. XX w., że są to efekty kataklizmów kosmicznych, do których dochodzi miliony i miliardy lat świetlnych od Ziemi. Powstają najpewniej w wyniku wybuchów szczególnie dużych i odpowiednio usytuowanych supernowych. Są to tzw. długie błyski gamma. Z kolei błyski krótkie, już wiemy to dzisiaj na pewno, pochodzą z kolizji gwiazd neutronowych.

Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”

01.09.2020 Numer 9/2020

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną