Į Žemę atkeliavo signalas, skriejęs 10 milijardų metų: kai astronomai nustatė jo šaltinį, laukė didžiulė staigmena

Įsivaizduokite, kad kažkur tolimoje Visatoje įvyko milžiniškas energijos pliūpsnis. Jis truko vos tūkstantąją sekundės dalį, tačiau jo paskleistos radijo bangos pradėjo neįtikėtinai ilgą kelionę per kosmosą. Jos skriejo milijardus metų, kol Žemėje dar nebuvo nei žmonių, nei dinozaurų, nei daugumos mums pažįstamų gyvybės formų. Ir tik 2024 metais šį trumpą signalą pagaliau užfiksavo astronomų prietaisai.

Tai ne fantastinio filmo scenarijus, o tikras astronominis atradimas. Tarptautinė mokslininkų komanda ištyrė neįprastą radijo signalą, pavadintą FRB 20240304B. Manoma, kad jis keliavo maždaug 10 milijardų metų ir yra tolimiausias iki šiol užfiksuotas tokio pobūdžio radijo pliūpsnis.

Tačiau didžiausia staigmena laukė ne tada, kai signalas buvo aptiktas. Ji paaiškėjo vėliau, kai mokslininkai pabandė surasti vietą, iš kurios jis atkeliavo. Ten, kur tikėtasi pamatyti didelę, daugybę žvaigždžių turinčią galaktiką, iš pradžių nesimatė beveik nieko. Tik pasitelkus vieną galingiausių žmonijos sukurtų kosminių teleskopų pavyko atskleisti neįprastą šio signalo kilmę.

Signalas truko vos akimirką, tačiau keliavo didžiąją Visatos istorijos dalį

Astronomai tokius reiškinius vadina greitaisiais radijo pliūpsniais, arba FRB. Tai labai trumpi, tačiau itin intensyvūs radijo bangų impulsai, sklindantys iš tolimų kosmoso vietų. Kai kurie jų trunka vos kelias milisekundes, bet per tokį trumpą laiką gali būti išspinduliuojamas milžiniškas energijos kiekis.

Pirmieji greitieji radijo pliūpsniai astronomams ilgą laiką kėlė daugybę klausimų. Jie pasirodydavo netikėtai, dažnai daugiau nebepasikartodavo, todėl nustatyti tikslią jų kilmę buvo labai sunku. Net ir šiandien mokslininkai dar negali vienareikšmiškai paaiškinti visų tokių signalų susidarymo mechanizmų.

FRB 20240304B išsiskyrė savo atstumu. 2024 metais jį aptiko Pietų Afrikoje veikiantis radijo teleskopų kompleksas „MeerKAT“. Tyrėjų vertinimu, šio pliūpsnio radijo bangos keliavo maždaug 10 milijardų metų – daugiau kaip du trečdalius dabartinio Visatos amžiaus.

Tai reiškia, kad signalas buvo išspinduliuotas tuomet, kai Visata buvo gerokai jaunesnė nei šiandien. Jo šaltinį matome tokį, koks jis egzistavo tolimoje praeityje, o ne tokį, koks būtų dabar.

Būtent dėl to šis atradimas toks vertingas. Astronomai gauna galimybę tyrinėti ne tik neįprastą kosminį reiškinį, bet ir sąlygas, vyravusias ankstyvesniais Visatos raidos laikotarpiais.

Teleskopai ieškojo milžiniškos galaktikos, tačiau rado beveik tuščią dangų

Aptikus tokį signalą, vienas svarbiausių mokslininkų uždavinių buvo nustatyti jo kilmės vietą. Tam pasitelkti jautrūs antžeminiai teleskopai, kuriais bandyta aptikti galaktiką, iš kurios atkeliavo radijo bangos.

Tačiau iš pradžių pastangos nedavė laukto rezultato. Toje dangaus vietoje nebuvo matyti ryškios galaktikos, kurią astronomai galėtų lengvai susieti su užfiksuotu pliūpsniu.

Situacija pasikeitė, kai tyrėjai pasitelkė Jameso Webbo kosminį teleskopą. Šis prietaisas geba stebėti itin silpną infraraudonąją spinduliuotę, todėl gali aptikti labai tolimus ir blankius kosminius objektus, kurių kitiems teleskopams nepavyksta aiškiai pamatyti.

Ir būtent tada paaiškėjo netikėtas dalykas. Radijo pliūpsnio šaltinis buvo susijęs su nykštukine galaktika, kurios žvaigždžių masė, remiantis tyrėjų vertinimu, buvo maždaug tūkstantį kartų mažesnė, nei iš pradžių tikėtasi.

Dar labiau nustebino jos žvaigždžių formavimosi istorija. Mokslininkų analizė parodė, kad apie 90 procentų šios galaktikos žvaigždžių masės susiformavo per palyginti trumpą, maždaug 30 milijonų metų laikotarpį.

Kosminiais masteliais tai nepaprastai trumpas laikas. Toks intensyvus žvaigždžių formavimasis leidžia manyti, kad galaktikoje galėjo vykti procesai, susiję su labai masyvių žvaigždžių gimimu ir žūtimi.

Ši detalė tapo svarbia užuomina ieškant atsakymo, kas galėjo sukelti tokį galingą radijo pliūpsnį.

Ar signalą galėjo išsiųsti viena nepaprastai stipri žvaigždė?

Viena įdomiausių mokslininkų svarstomų galimybių – magnetaras. Tai ypatingas neutroninės žvaigždės tipas, pasižymintis nepaprastai stipriu magnetiniu lauku.

Neutroninės žvaigždės susidaro žuvus kai kurioms masyvioms žvaigždėms. Po sprogimo lieka itin tankus objektas, kurio masė gali būti didesnė už Saulės, nors jo skersmuo siekia vos kelias dešimtis kilometrų.

Magnetarai išsiskiria tuo, kad jų magnetiniai laukai yra vieni stipriausių žinomų Visatoje. Staigūs tokių objektų magnetinio lauko pokyčiai gali išlaisvinti milžiniškus energijos kiekius ir sukelti intensyvius spinduliuotės pliūpsnius.

Mokslininkai jau turi įrodymų, kad bent dalis greitųjų radijo pliūpsnių gali būti susiję su magnetarais. Todėl mintis, kad FRB 20240304B galėjo kilti iš tokio objekto, atrodo pagrįsta.

Ypač įdomu tai, kad signalas susietas su galaktika, kurioje neseniai vyko intensyvus žvaigždžių formavimasis. Masyvios žvaigždės gyvena palyginti trumpai, todėl tokioje aplinkoje gali susidaryti jaunų neutroninių žvaigždžių, tarp jų ir magnetarų.

Vis dėlto galutinai patvirtinti, kad būtent magnetaras sukėlė šį konkretų signalą, kol kas negalima. Tai viena iš mokslinių hipotezių, kurią padės patikrinti tolesni stebėjimai.

Taip pat nėra pagrindo manyti, kad tai dirbtinės kilmės signalas ar nežemiškos civilizacijos bandymas susisiekti su Žeme. Astronomai nagrinėja natūralius fizikinius procesus, galinčius sukelti tokius trumpus ir galingus radijo impulsus.

Kodėl šis atradimas gali padėti suprasti net nematomą Visatos medžiagą?

Šio signalo vertė neapsiriboja jo kilmės galaktika. Ilga radijo bangų kelionė per kosmosą taip pat suteikė mokslininkams informacijos apie tarp galaktikų esančią medžiagą.

Radijo bangoms sklindant per jonizuotas dujas, skirtingo dažnio bangos keliauja nevienodu grupiniu greičiu. Dėl to žemesnio dažnio signalai atkeliauja šiek tiek vėliau nei aukštesnio dažnio. Astronomai šį reiškinį vadina dispersija.

Išmatavus tokius vėlavimus galima įvertinti, kiek laisvųjų elektronų pasitaikė radijo bangų kelyje. Tai ypač naudinga tyrinėjant tarpgalaktinę medžiagą, kuri įprastais teleskopais dažnai beveik nematoma.

FRB 20240304B atveju signalas padėjo atskleisti ir anksčiau nežinotą galaktikų grupę, esančią maždaug už 3,5 milijardo šviesmečių nuo Žemės.

Tai reiškia, kad vos akimirką trukęs radijo pliūpsnis suteikė informacijos ne tik apie savo šaltinį, bet ir apie dalį kosmoso, per kurį keliavo milijardus metų.

Tokių atradimų reikšmė astronomijai gali būti didžiulė. Greitieji radijo pliūpsniai leidžia tyrinėti medžiagos pasiskirstymą Visatoje, galaktikų raidą ir neįprastus procesus, vykstančius prie itin tankių žvaigždžių.

Be to, šis atradimas parodė, kad galingi radijo pliūpsniai galėjo vykti jau labai ankstyvais Visatos raidos laikotarpiais. Mokslininkams tai svarbi užuomina, jog jų šaltinių reikia ieškoti ne tik santykinai netolimose galaktikose, bet ir gerokai toliau.

Šiandien astronomai žino tik palyginti nedidelės dalies užfiksuotų greitųjų radijo pliūpsnių tikslias kilmės galaktikas. Todėl kiekvienas naujas patikimai nustatytas šaltinis padeda geriau suprasti, kokiose kosminėse aplinkose tokie reiškiniai susidaro.

FRB 20240304B istorijoje labiausiai stebina laiko mastelis. Trumpas, vos milisekundę trukęs įvykis paliko pėdsaką, kuris išliko maždaug 10 milijardų metų. Kai jo radijo bangos pagaliau pasiekė Žemę, žmonija jau turėjo prietaisus, galinčius šį signalą užfiksuoti ir iš dalies atkurti jo kilmės istoriją.

Ir nors astronomai dar ieško galutinio atsakymo, kas tiksliai sukėlė šį pliūpsnį, vien pats atradimas primena nepaprastą dalyką: stebėdami tolimą kosmosą, iš tiesų žvelgiame į praeitį, kurios nepasiektų jokia žmogaus sukurta laiko mašina.