CHIŃSKI TROP

To jedne z najbardziej zagadkowych sygnałów, jakie rejestrują ziemskie radioteleskopy. W ostatnim magazynie „Science” zespół astrofizyków przedstawił analizę tajemniczych radiobłysków, które niedawno zarejestrował największy radioteleskop FAST w Chinach.

Jeszcze dwie dekady temu astrofizycy nie byli świadomi istnienia tych radiowych sygnałów. Natrafił na nie przypadkiem w 2007 r. doktorant David Narkevic, który na polecenie swego promotora Duncana Lorimera z Uniwersytetu Zachodniej Wirginii przekopywał się przez archiwalne zapisy sygnałów rejestrowanych przez australijski radioteleskop Parkes. Przeoczono je, bo są bardzo krótkie – trwają ledwie milisekundy lub nawet ułamki milisekund. Dlatego nazwano je szybkimi błyskami radiowymi (w skrócie FRB – Fast Radio Burst). Nie ma w nich żadnego sensownego wzoru, są kakofonią różnych częstotliwości (zwykle w zakresie od kilkuset megaherców do kilku gigaherców). Dobiegają z bardzo daleka – większość z galaktyk, które oddalone są o miliardy lat świetlnych. Jesteśmy w stanie je usłyszeć i zarejestrować, co oznacza, że w chwili emisji miały ogromną energię.

Szacuje się, że każdy z krótkich milisekundowych impulsów niesie tyle energii, ile nasze Słońce wypromieniowuje w ciągu wielu lat.

ECHO KATASTROF CZY KOSMITÓW?

Dlatego odkrywcy tych radiobłysków podejrzewali, że są echem kosmicznych katastrof, np. supernowych albo kolizji gwiazd neutronowych. Ale wkrótce odkryto sygnały, które się powtarzały przez miesiące i lata, co z kolei oznaczało, że ich źródłem nie są jednorazowe katastrofy, lecz jakiś trwały i cykliczny proces. Być może zresztą nie mają jednego źródła, lecz wiele różnych przyczyn.

Media zainteresowały się zagadką, kiedy astrofizycy z Harvardu – Avi Loeb i Manasvi Lingam – zasugerowali, że radiobłyski są sygnałem od cywilizacji pozaziemskich. Ich zdaniem jednak nie jest to próba kontaktu z nami, a raczej produkt uboczny technologii podróży międzygwiazdowych. Hipoteza mówi, że źródłem błysków mogą być olbrzymie nadajniki rozmiaru całej planety, których zadaniem byłoby wysyłanie strumienia energii elektromagnetycznej do rozpędzania statków zaopatrzonych w „kosmiczne żagle”. Tylko od czasu do czasu te nadajniki (czy raczej: rozpędzacze) przypadkiem celują w stronę Ziemi, co odbieramy jako radiobłysk.

To oczywiście hipoteza mało prawdopodobna i – jak pokazuje historia – zapewne wkrótce zostanie wyrzucona do kosza tak jak wcześniejsze próby przypisywania pozaziemskim cywilizacjom innych, początkowo zagadkowych kosmicznych zjawisk – np. błysków promieniowania gamma czy regularnych sygnałów pulsarów.

Niemniej wciąż nie znamy prawdziwej przyczyny FRB. W ciągu ostatniej dekady zarejestrowano wiele nowych radiobłysków, skatalogowano już ich kilkaset. Najciekawsze są te, które się powtarzają, bo naukowcy mają nadzieję, że odkryjemy w nich jakieś regularności i cechy, po których wreszcie domyślimy się, skąd się biorą i co je generuje.

POWTARZAJĄCY SIĘ SYGNAŁ

Jedne z takich powtarzających się radiobłysków – ich źródło oznaczono jako FRB 20190520B – zarejestrował niedawno chiński radioteleskop FAST.

FAST został uruchomiony siedem lat temu w prowincji Kuejczou w południowych Chinach. Ze swoją czaszą o średnicy pół kilometra jest obecnie największym „uchem” na Ziemi, które wsłuchuje się w radiowe sygnały z kosmosu.

Odkryte przez FAST w 2019 r. źródło FRB 20190520B jest pierwszym, które nadaje radiobłyski nieustannie, są rejestrowane za każdym razem, gdy radioteleskopy kierują się swoje czasze w ten sektor nieba. To czyni go idealnym celem długoterminowych badań.

Najpierw ustalono, że źródło tych sygnałów znajduje się w niepozornej galaktyce karłowatej około czterech miliardów lat świetlnych od Ziemi.

Co chwilę zdarza się tam coś, co generuje potężny radiowy impuls, który przemierza miliardy lat świetlnych i dociera do Ziemi, gdzie odbieramy go jako FRB.

Międzynarodowy zespół pod kierunkiem dr Li Di z Narodowych Obserwatoriów Astronomicznych Chińskiej Akademii Nauk oraz dr Reshmy Anny-Thomas z Uniwersytetu Zachodniej Virginii (USA) przez 17 miesięcy obserwował FRB 20190520B za pomocą radioteleskopów Parkes w Australii oraz Green Bank w Stanach Zjednoczonych.

Wyniki badań astrofizycy przedstawiają w ostatnim „Science”.

KTO NADAJE Z GALAKTYKI KARŁOWATEJ?

Jednym z wniosków jest to, że badany sygnał jest silnie spolaryzowany, co oznacza, że w drodze do Ziemi fale radiowe musiały przejść przez obszar silnego pola magnetycznego. To potwierdza wcześniejsze ustalenia, że wokół źródeł radiobłysków najpewniej rozpościera się potężne pole magnetyczne.

Kolejnym odkryciem jest to, że polaryzacja fal radiowych radiobłysku gwałtownie się zmienia.

To z kolei wskazuje na to, że sygnał przedziera się przez magnetyczne turbulencje, np. namagnesowany i turbulentny obłok plazmy, w którym linie pola magnetycznego często zmieniają kierunek.

Naukowcy stawiają więc hipotezę, że obiekt, który emituje radiobłyski, ma towarzysza – czarną dziurę albo masywną gwiazdę – z rozległym, turbulentnym i silnie namagnesowanym halo. Jeśli ten towarzysz ustawi się akurat na jednej linii z Ziemią, to sygnały radiowe – przechodząc przez jego wzburzoną atmosferę – polaryzują się, a także gwałtownie zmieniają kierunek polaryzacji.

– Jeśli jest to układ podwójny, spodziewamy się, że w polaryzacji sygnału dostrzeżemy cykliczność związaną z rytmem

zmian wzajemnego położenia składników układu – mówi dr Anna-Thomas.

– Możliwe, że wszystkie rejestrowane źródła FRB znajdują się w układach podwójnych i różnice między nimi biorą się z innych okresów orbitalnych czy nachylenia płaszczyzny orbity wobec Ziemi – dodaje naukowczyni.

Aby zdobyć dowody na poparcie tej hipotezy, naukowcy będą nadal obserwować FRB 20190520B w dłuższej skali czasowej, a także w innych zakresach częstotliwości radiowych.

To badanie niestety nie zbliża nas do odpowiedzi na pytanie, co wywołuje radiobłyski, tj. jaki stoi za nimi mechanizm czy proces.

Odkrywcy radiobłysków podejrzewali, że są echem kosmicznych katastrof, np. supernowych albo kolizji gwiazd neutronowych

Astronomowie na razie nie mają dobrego pomysłu albo inaczej, mają aż za dużo pomysłów, a żaden nie wyjaśnia wszystkiego. Podejrzewane są więc:

• pulsary (wirujące gwiazdy neutronowe),

• blitzary (hipotetyczny gatunek gwiazd neutronowych, które przed zapadnięciem się do czarnej dziury ratuje ogromna prędkość wirowania wokół własnej osi),

• magnetary (gwiazdy neutronowe lub hipotetyczne gwiazdy kwarkowe, mające potężne pole magnetyczne).

Te gwiezdne pozostałości mają ledwie 10-20 km średnicy, ale masę porównywalną z masą Słońca. Są wypełnione niezwykle silnie sprasowaną materią – neutronową cieczą, której łyżeczka ważyłaby na Ziemi nawet setki milionów ton. W ich zewnętrznej skorupie – zbudowanej z ciasno ułożonych jąder atomów żelaza – może dochodzić do potężnych wstrząsów, które zmieniają konfigurację pola magnetycznego, a przy okazji podgrzewają, rozpędzają i wyrzucają w przestrzeń kosmiczną naładowane cząstki. A towarzyszy temu intensywne promieniowanie w świetle radiowym, widzialnym, rentgenowskim i gamma.

To tylko jeden z sugerowanych mechanizmów radiobłysków.