Vuodesta 2007 lähtien tähtitieteilijät ovat tallentaneet noin 20 salaperäistä radiopulssia kaukana Galaksissamme. BBC Earth -kolumnisti päätti saada lisätietoja tästä ilmiöstä.
Maailmankaikkeudessa ei ole pulaa outoista eikä täysin ymmärretyistä ilmiöistä - mustista aukoista aina ulkomaalaisiin planeetoihin. Tutkijoilla on jotain pulmia.
Yksi viime aikojen mysteeri on kuitenkin aiheuttanut tähtitieteilijöille erityistä huolta - salaperäiset radioaaltojen puhkeamiset avaruudessa, jotka tunnetaan nimellä nopeat radiopulssit.
Ne kestävät vain muutaman millisekunnin, mutta ne vapauttavat noin miljoona kertaa enemmän energiaa kuin Aurinko tuottaa saman ajanjakson aikana.
Ensimmäisen tällaisen pulssin löytämisen jälkeen vuonna 2007 tähtitieteilijät ovat onnistuneet rekisteröimään alle 20 tällaista tapausta - kaikki heidän lähteensä sijaitsivat galaksissamme ulkopuolella ja jakautuivat tasaisesti taivaalle.
Teleskoopeilla on kuitenkin taipumus tarkkailla pieniä taivaan osia milloin tahansa.
Jos ekstrapoloimme saadut tiedot koko taivaalle, niin kuin tähtitieteilijät olettavat, tällaisten radiopulssien määrä voi nousta 10 tuhanteen päivässä.
Eikä kukaan tiedä tämän ilmiön syytä.
Mainosvideo:
Tähtitieteilijöillä on tietysti paljon mahdollisia selityksiä, joista osa kuulostaa hyvin eksoottiselta: neutronitähtien törmäykset, mustien aukkojen räjähdykset, kosmisten merkkijonojen katkokset ja jopa maan ulkopuolisen älykkyyden toiminnan tulokset.
"Nyt on enemmän teorioita, jotka yrittävät selittää nopeiden radiopulssien luonnetta kuin tosiasiallisesti pulsseja", kertoo Duncan Lorimer, Yhdysvaltain Länsi-Virginian yliopiston tutkija ja ensimmäisen nopean radiopulssin (kutsutaan myös Lorimer-pulssiksi) löytäneen tutkimusryhmän johtaja. "Tämä on hedelmällistä maaperää teoreetikoille."
Mutta vaikka selitys nopean radiopulssin luonteesta osoittautuu paljon yleisemmäksi, niistä voi silti olla paljon hyötyä tiede.
Ne epäilemättä mullistavat ymmärryksemme maailmankaikkeudesta.
Nämä radiosignaalit ovat kuin lasersäteet, jotka lävistävät maailmankaikkeuden ja kohtaavat matkallaan magneettikenttiä, plasmaa ja muita kosmisia ilmiöitä.
Toisin sanoen he sieppaavat tietoa galaksien välisestä avaruudesta matkan varrella ja voivat edustaa ainutlaatuista työkalua maailmankaikkeuden tutkimiseen.
"Ne epäilemättä mullistavat ymmärryksemme maailmankaikkeudesta, koska niitä voidaan käyttää erittäin tarkkojen mittausten tekemiseen", kertoo Peng Wee-Li, Toronton yliopiston astrofyysikko.
Mutta ennen kuin se tapahtuu, tutkijoiden on ymmärrettävä paremmin nopeiden radiopulssien luonne.
Tähtitieteilijät ovat edistyneet lupaavasti tällä alueella viime kuukausien aikana.
Ensimmäinen asia, joka löi Lorimerin pulssista, jonka hän löysi, oli sen voimakkuus.
Lorimer ja hänen kollegansa tarkastelivat Parks-radioteleskoopilla Australiassa kerättyjä arkistoja. He etsivät radiopulsseja - esimerkiksi niitä, joita lähettivät nopeasti pyörivät neutronitähdet, ns. Pulsseja.
Olin niin innoissaan sinä yönä, etten voinut nukkua
Matthew Bales, tähtitieteilijä
Näillä tähdillä, joista kukin on halkaisijaltaan suuri kaupunki, on ytimen tiheys ja ne voivat pyöriä yli 1000 kierrosta sekunnissa.
Samalla ne lähettävät kapeasti suunnattuja radiopäästövirtoja, joiden yhteydessä niitä kutsutaan myös avaruusmajakkoiksi.
Pulsarien lähettämät radiosignaalit näyttävät sykkeiltä maapallon tarkkailijalle.
Mutta Lorimerin tiimin havaitsema signaali oli hyvin outo.
"Se oli niin voimakasta, että se valtasi kaukoputken elektroniset komponentit", Lorimer muistelee. "Tämä on erittäin epätavallista radiolähteelle."
Pulssi kesti noin 5 millisekuntia, minkä jälkeen sen intensiteetti laski.
"Muistan ensimmäisen kerran, kun näin vauhdikaavion", kertoi Lorimerin tiimin jäsen Matthew Bales, tähtitieteilijä Swinburnen teknillisestä yliopistosta, Australia. "Olin niin innoissaan sinä yönä, etten voinut nukkua."
Noin viisi vuotta Lorimerin impulssin löytämisen jälkeen se pysyi selittämättömänä poikkeavuutena.
Jotkut tutkijat uskoivat, että se oli vain instrumentaalista puuttumista. Ja vuonna 2015 julkaistussa tutkimuksessa sanotaan, että samanlaisten parametrien pulssit tallennetaan puistojen observatorion taloudelliseen osaan asennettujen mikroaaltojen käytön aikana.
Niiden lähteet ovat galaktamme ulkopuolella, mahdollisesti miljardien valovuosien päässä maasta.
Vuodesta 2012 lähtien muiden teleskooppien parissa työskentelevät tähtitieteilijät ovat kuitenkin havainneet useita samanlaisia radiopulsseja, mikä vahvistaa, että signaalit tulevat todella avaruudesta.
Eikä vain avaruudesta - niiden lähteet ovat galaksissamme ulkopuolella, kenties miljardeja valovuosia maasta. Tämä oletus tehtiin mittaamalla ilmiö, joka tunnetaan nimellä dispersiovaikutus.
Matkansa aikana maailmankaikkeuden kautta radioaallot ovat vuorovaikutuksessa plasman elektronien kanssa, joita he tapaavat matkallaan. Tämä vuorovaikutus aiheuttaa aallon etenemisen hidastumisen radiosignaalin taajuudesta riippuen.
Korkeamman taajuuden radioaallot saapuvat tarkkailijaan hieman nopeammin kuin matalataajuiset radioaallot.
Mittaamalla näiden arvojen eron tähtitieteilijät voivat laskea, kuinka paljon plasmaa signaalin oli kuljettava matkalla tarkkailijalle, mikä antaa heille likimääräisen käsityksen radiopulssilähteen etäisyydestä.
Muista galakseista meille saapuvat radioaallot eivät ole mitään uutta. Se on vain, että ennen nopeiden radiopulssien löytämistä tutkijat eivät havainneet niin voimakkaita signaaleja.
Signaalin olemassaolo, jonka voimakkuus on miljoona kertaa suurempi kuin mikä tahansa aiemmin havaittu, herättää mielikuvitusta
Joten kvasaarit - aktiiviset galaktiset ytimet, joiden sisällä, kuten tiedemiehet uskovat, ovat massiivisia mustia tähtiä, lähettävät valtavan määrän energiaa, myös radioalueella.
Mutta muissa galakseissa sijaitsevat kvasaarit ovat niin kaukana meistä, että niistä vastaanotetut radiosignaalit ovat erittäin heikkoja.
Ne voidaan helposti hukuttaa jopa kuun pinnalle sijoitetun matkapuhelimen radiosignaalilla, Bailes toteaa.
Nopeat radiopulssit ovat toinen asia. "Miljoonaa kertaa voimakkaamman signaalin olemassaolo kuin mikä tahansa aiemmin havaittu, on jännittävää", Bales sanoo.
Erityisesti ottaen huomioon, että nopeat radiopulssit voivat viitata uusiin, tutkimattomiin fyysisiin ilmiöihin.
Yksi epäselvimmistä selityksistä niiden alkuperälle liittyy niin sanottuihin kosmisiin merkkijonoihin - hypoteettisiin avaruuden aika-alueisiin, jotka voivat ulottua ainakin kymmenille parsekeille.
Jotkut näistä kielistä voivat olla suprajohtavia, ja niiden läpi voi virrata sähkövirta.
Vuonna 2014 ehdotetun hypoteesin mukaan kosmiset kielet joskus rikkoutuvat, mikä johtaa sähkömagneettisen säteilyn puhkeamiseen.
Tai Pen sanoo, että selitys näille purkauksille voi olla mustien aukkojen räjähdyksiä.
Mustan aukon painovoimakenttä on niin massiivinen, että edes sinne tunkeutuva valo ei pysty poistumaan takaisin.
Jos oletetaan, että maailmankaikkeuden kehityksen alkuvaiheessa siihen muodostui pieniä mustia aukkoja, niin nyt ne voivat vain haihtua
Kuitenkin 1970-luvulla. kuuluisa brittiläinen teoreettinen fyysikko Stephen Hawking ehdotti, että energia voi haihtua ikääntyvien mustien aukkojen pinnalta.
Jos oletamme, että maailmankaikkeuden kehityksen alkuvaiheessa siihen muodostui pieniä mustia aukkoja, niin nyt ne voivat vain haihtua ja lopulta räjähtää, mikä johtaa hetkelliseen radiopäästöön.
Tähtitieteilijät ilmoittivat helmikuussa 2016, että he ovat saattaneet tehdä läpimurron tutkimuksessa.
Brittiläisen Jodrell Bank Astrophysical Centerin Square Kilometer Array -radiointerferometrin pääkonttorissa työskentelevä tutkijaryhmä, jota johti Evan Keehan, analysoi yhden huhtikuussa 2015 tallennetun nopean radiopulssin parametrit.
Tähtitieteilijöiden johtopäätösten mukaan radiopulssin lähde oli galaksissa, joka sijaitsi meistä 6 miljardia valovuotta ja koostui vanhoista tähdistä.
Tässä tapauksessa havaitun radiopulssin parametrit osoittivat ainakin yhden skenaarion todennäköisyyden: paritettujen neutronitähtien törmäykset
Ensimmäistä kertaa tutkijat pystyivät määrittämään radiopäästölähteen sijainnin galaksin tarkkuudella, mikä tiedeyhteisössä koettiin erittäin tärkeänä löytönä.
"Nopean radiopulssin lähteen sisältävän galaksin tunnistaminen on osa palapeliä", sanoo Bales, joka työskenteli myös Keehanin tiimissä. "Jos voimme määrittää galaksin, voimme selvittää, kuinka kaukana meistä lähde on."
Sen jälkeen voit mitata pulssienergian määrän tarkasti ja alkaa hylätä epäuskottavimmat teoriat sen alkuperästä.
Tässä tapauksessa havaitun radiopulssin parametrit osoittivat ainakin yhden skenaarion todennäköisyyden: paritettujen neutronitähtien törmäykset pyörivät toistensa ympäri.
Näytti siltä, että nopeiden radiopulssien luonteen mysteeri oli melkein ratkaistu. "Olin hyvin innoissani tämän tutkimuksen tuloksista", Lorimer sanoo.
Mutta vain muutama viikko myöhemmin tutkijat Edo Berger ja Peter Williams Harvardin yliopistosta kyseenalaistivat teorian.
Keehanin ryhmän johtopäätökset perustuivat sellaisen ilmiön havaitsemiseen, jonka tutkijat tulkitsivat radiosignaalin vaimennukseksi nopean radiopulssin päättymisen jälkeen.
Häipyvän signaalin lähde sijaitsi luotettavasti galaksissa, joka sijaitsi 6 miljardia valovuotta maasta, ja tutkijat uskoivat, että nopea radiosyke tuli sieltä.
Bergerin ja Williamsin mukaan sillä, mitä Kian otti jäännösradio-signaalille, ei kuitenkaan ollut mitään tekemistä nopean radiopulssin kanssa.
He analysoivat huolellisesti jäännössignaalin ominaisuudet osoittamalla amerikkalaista erittäin suuren ryhmän radioteleskooppia kaukaiselle galaksille.
Neutronitähtien törmäykset tapahtuvat useita kertaluokkia harvemmin kuin nopeiden radiopulssien todennäköinen taajuus, joten kaikkia rekisteröityjä tapauksia ei voida selittää yksin tällä ilmiöllä.
Todettiin, että puhumme erillisestä ilmiöstä, joka johtuu itse galaksin kirkkauden vaihteluista johtuen siitä, että sen keskellä on supermassiivinen musta aukko, joka absorboi kosmisia kaasuja ja pölyä.
Toisin sanoen, tuikkuva galaksi ei ollut paikka, josta nopea radiopulssi lähetti. Se on vain, että se sattui olemaan kaukoputken näkökentässä - joko todellisen lähteen takana tai sen edessä.
Ja jos radiopulssia ei lähetetty tältä galaksilta, se ei ehkä johdu kahden neutronitähden törmäyksestä.
Neutroniskenaariossa on toinen heikko kohta. "Nopeiden radiopulssien emissiotaajuus on paljon suurempi kuin neutronitähtien törmäyksiltä odotettavan säteilyn taajuus", sanoo Maxim Lyutikov American Purdue -yliopistosta.
Lisäksi neutronitähtien törmäykset tapahtuvat useita kertaluokkia harvemmin kuin nopeiden radiopulssien todennäköinen taajuus, joten kaikkia rekisteröityjä tapauksia ei voida selittää pelkästään tällä ilmiöllä.
Ja pian uusi tieteellinen näyttö vähensi tällaisen selityksen todennäköisyyttä entisestään.
Maaliskuussa 2016 joukko tähtitieteilijöitä ilmoitti upeasta löydöstä. He tutkivat Puerto Ricossa sijaitsevan Arecibon observatorion vuonna 2014 nauhoittamaa radiosykettä. Kävi ilmi, että tämä ei ollut yksittäinen tapahtuma - impulssi toistettiin 11 kertaa 16 päivän aikana.
"Tämä oli suurin löytö ensimmäisen nopean radion puhkeamisen jälkeen", Penh sanoo. "Se lopettaa tähän mennessä ehdotetun valtavan määrän hypoteeseja."
Kaikki aiemmin tallennetut nopeat radiopulssit olivat yksittäisiä - signaaleja ei toistettu samalta taivaan sektorilta.
Siksi tiedemiehet olettivat, että ne voivat olla seurausta kosmisista katastrofeista, jotka tapahtuvat kulloinkin vain kerran - esimerkiksi mustien aukkojen räjähdyksissä tai neutronitähtien törmäyksissä.
Tällainen teoria ei kuitenkaan selitä mahdollisuutta (joissakin tapauksissa) toistaa radiopulsseja nopeasti peräkkäin. Mikä tahansa syy tällaiselle impulssisarjalle, niiden esiintymisen edellytykset on säilytettävä tietyn ajan.
Tämä olosuhde kaventaa merkittävästi luetteloa mahdollisista hypoteeseista.
Yksi niistä, jota Buttercup tutkii, sanoo, että nopeiden radiopulssien lähteet voivat olla nuoria pulsseja - neutronitähdet, jotka pyörivät jopa yhden kierroksen millisekunnin nopeudella.
Buttercup kutsuu tällaisia esineitä steroideihin.
Ajan myötä pulssien pyöriminen hidastuu, ja osa pyörimisenergiasta voidaan työntää avaruuteen radiosäteilyn muodossa.
Ei ole täysin selvää, miten pulsarit voivat lähettää nopeita radioimpulsseja, mutta tiedetään, että ne pystyvät lähettämään lyhyitä radioaaltopulsseja.
Joten taskurapusumussa oleva pulsari on oletettavasti noin 1000 vuotta vanha. Se on suhteellisen nuori ja yksi voimakkaimmista tuntemistamme pulsareista.
Mitä nuorempi pulsari, sitä nopeammin se pyörii ja sitä enemmän energiaa sillä on. Buttercup kutsuu tällaisia esineitä "steroidipohjaisiksi pulsareiksi".
Ja vaikka rapusumun pulsarilla ei nyt ole tarpeeksi energiaa lähettämään nopeita radiopulsseja, on mahdollista, että se voisi tehdä sen heti ilmestymisen jälkeen.
Toinen hypoteesi sanoo, että nopeiden radiopulssien energialähde ei ole neutronitähden pyöriminen, vaan sen magneettikenttä, joka voi olla tuhat biljoonaa kertaa voimakkaampi kuin maapallon.
Neutronitähdet, joilla on erittäin voimakkaat magneettikentät, niin sanotut magnetarit, voivat lähettää nopeita radioimpulsseja samanlaisen prosessin kautta kuin mikä johtaa aurinkoon.
Universumissa on paljon magnetareja
Kun magneetti pyörii, sen koronan - atmosfäärin ohut ulkokerros - magneettikentät muuttavat kokoonpanoa ja muuttuvat epävakaiksi.
Jossain vaiheessa näiden kenttien viivat käyttäytyvät ikään kuin napsautat piiskaa. Vapautuu energiavirta, joka kiihdyttää varattuja hiukkasia, jotka lähettävät radiopulsseja.
"Universumissa on paljon magnetareja", Bales sanoo. "Ne ovat merkittäviä epävakaudestaan, mikä ehkä selittää nopeiden radiopulssien esiintymisen."
Neutronitähtiin liittyvät hypoteesit ovat konservatiivisempia ja perustuvat suhteellisen hyvin tutkittuihin ilmiöihin, joten ne näyttävät todennäköisemmiltä.
"Kaikki hypoteesit nopeiden radiopulssien esiintymisestä, joita pidän vakavina ja joista keskustelen vakavasti kollegojeni kanssa, liittyvät neutronitähtiin", Bales sanoo.
Hän myöntää kuitenkin, että tämä lähestymistapa voi olla jonkin verran yksipuolinen. Monet tähtitieteilijät, jotka tutkivat nopeita radiopulsseja, tutkivat myös neutronitähtiä, joten heidän taipumuksensa tarkastella ensimmäistä jälkimmäisen prisman kautta on ymmärrettävää.
Voi olla, että käsittelemme fysiikan tutkimattomia näkökohtia
On myös epäsovinnaisia selityksiä. Esimerkiksi monet tutkijat ovat ehdottaneet, että nopeat radiopulssit syntyvät pulsarien törmäyksistä asteroidien kanssa.
On mahdollista, että useat hypoteesit ovat oikeita kerralla, ja kukin niistä selittää tietyn tapauksen nopeiden radiopulssien esiintymisestä.
Ehkä jotkut impulssit toistuvat, kun taas toiset eivät, mikä ei sulje täysin pois hypoteesia neutronitähtien törmäyksistä ja muista kosmisen asteikon katastrofeista.
"Voi osoittautua, että vastaus on hyvin yksinkertainen", Lyutikov sanoo. "Mutta voi myös tapahtua, että käsittelemme fysiikan tutkimattomia näkökohtia, uusia astrofyysisiä ilmiöitä."
Riippumatta siitä, mitä nopeat radiopulssit todellisuudessa osoittautuvat, niistä voi olla suurta hyötyä avaruustieteelle.
Esimerkiksi niitä voitaisiin käyttää aineen tilavuuden mittaamiseen maailmankaikkeudessa.
Kuten jo mainittiin, radioaallot kohtaavat matkallaan intergalaktisen plasman, mikä hidastaa niiden nopeutta aallon taajuudesta riippuen.
Sen lisäksi, että aallon nopeusero pystyy mittaamaan etäisyyden signaalilähteeseen, se antaa myös käsityksen siitä, kuinka monta elektronia on galaksimme ja säteilylähteen välillä.
"Radioaallot on koodattu maailmankaikkeuden muodostavien elektronien tiedoilla", Bailes sanoo.
Aiemmin tutkijat harjoittivat tätä aihetta pääasiassa vapaa-ajallaan perustutkimuksesta.
Tämä antaa tutkijoille mahdollisuuden arvioida karkeasti avaruudessa olevan tavallisen aineen määrän, mikä auttaa heitä tulevaisuudessa laskettaessa malleja maailmankaikkeuden syntymiselle.
Nopeiden radiopulssien ainutlaatuisuus on, että ne ovat eräänlaisia kosmisia lasersäteitä, Penh sanoo.
Ne lävistävät tilaa tiettyyn suuntaan ja ovat riittävän voimakkaita tarjoamaan ylivertaisen mittaustarkkuuden.
"Tämä on tarkin käytettävissä oleva mittaustyökalu kaukana olevien kohteiden tutkimiseen näköyhteydessä", hän selittää.
Joten hänen mukaansa nopeat radiopulssit voivat kertoa plasman ja magneettikenttien rakenteesta lähellä säteilylähdettä.
Kun plasma kulkee läpi, radiopulssit voivat välkkyä, samoin kuin tähdet vilkkuvat katsellessaan maan ilmakehää.
Tämän tuiken ominaisuuksien mittaaminen antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden mitata plasma-alueiden kokoa useiden satojen kilometrien tarkkuudella. Korkean tieteellisen potentiaalin vuoksi ja etenkin ilmiön selittämättömyyden vuoksi tutkijoiden kiinnostus nopeisiin radiopulsseihin on kasvanut viime vuosina.
"Aiemmin tutkijat tekivät tätä aihetta pääasiassa vapaa-ajallaan valtavirran tutkimuksesta", Lorimer sanoo.
Tähtitieteilijät etsivät nyt voimakkaasti nopeita radiopulsseja taivaalla vielä tutkimattomilla alueilla ja tarkkailevat edelleen taivaan sektoreita, joihin nämä ilmiöt on jo tallennettu - toivoen niiden rekisteröimisen.
Samanaikaisesti käytetään kaukoputkien voimia ympäri maailmaa, koska kun yksi pulssi havaitaan useista observatorioista, lähdekoordinaattien tarkemman laskennan todennäköisyys kasvaa merkittävästi.
Joten lähivuosina radioteleskoopit, kuten Kanadan CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment tai Canadian Hydrogen Intensive Mapping Experiment), voivat tarkkailla valtavia taivaan alueita ja rekisteröidä satoja nopeita radiopulsseja.
Mitä enemmän tietoa kerätään, sitä ymmärrettävämmäksi nopeiden radiopulssien ilmiö tulee. Ehkä jonain päivänä heidän salaisuutensa paljastetaan.