Các vụ nổ sóng vô tuyến cực nhanh không xác định xuất hiện trở lại trong thời gian thực

Trải dài hàng trăm mét trong một chu vi rộng để lại dấu vết gần như trống rỗng trên bề mặt Trái đất, Đài thiên văn Arecibo ở Puerto Rico dường như mang lại vẻ ngoài tương tự cho người quan sát bằng mắt chim giống như các miệng núi lửa trên mặt trăng đối với mắt người khi quan sát từ Trái đất. Được coi là một trong những kính thiên văn lớn nhất trên hành tinh, Đài thiên văn Arecibo cũng là một trong số ít kính thiên văn đang nỗ lực mở đường cho sự hiểu biết sâu sắc hơn về lĩnh vực không gian ngoài thiên hà mà phần lớn vẫn chưa được biết đến. Mặc dù không tiêu tốn nhiều không gian vật lý như nó chiếm ưu thế, Đài quan sát Parkes ở Úc (có đường kính khiêm tốn 64m) cũng đã thu hút được nhiều sự quan tâm của cộng đồng vật lý thiên văn trong gần một thập kỷ nay. 

Điều này một phần là nhờ nhà vật lý thiên văn Duncan Lorimer, một trong những nhà nghiên cứu ban đầu tại Đài quan sát Parkes đã phát hiện ra một loại hoạt động không gian độc đáo và hiếm gặp: các vụ nổ vô tuyến cực nhanh đến từ, như dữ liệu gợi ý, ở rất xa và vị trí rất xa bên ngoài Dải Ngân hà của chúng ta.

Mọi chuyện bắt đầu từ năm 2007, khi Lorimer và nhóm của ông đang tìm kiếm các bản ghi cũ về dữ liệu của kính viễn vọng từ năm 2001 và, tình cờ là họ đã bắt gặp một làn sóng vô tuyến ngẫu nhiên, đơn lẻ và rất mãnh liệt của một nguồn không xác định. Sóng vô tuyến đơn lẻ này, mặc dù chỉ kéo dài một phần nghìn giây, nhưng được cho là phát ra nhiều năng lượng hơn mặt trời trong một triệu năm. Sự kỳ lạ của FRB (bùng phát sóng vô tuyến nhanh) này dường như chỉ thu hút nhiều sự chú ý hơn khi nhóm nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu chính xác sự kiện mạnh mẽ kéo dài một phần nghìn giây này ban đầu đến từ đâu. 

Thông qua phép đo hiệu ứng thiên văn phụ được gọi là sự phân tán plasma - một quá trình về cơ bản xác định lượng sóng vô tuyến điện tử đã tiếp xúc dọc theo đường đi của chúng tới bầu khí quyển trái đất - họ xác định rằng những vụ nổ vô tuyến nhanh này đã truyền đi từ rất xa ngoài chu vi của thiên hà của chúng ta. Trên thực tế, các phép đo độ phân tán chỉ ra rằng vụ nổ vô tuyến nhanh được quan sát vào năm 2011 có nguồn gốc từ cách xa hơn một tỷ năm ánh sáng. Để so sánh điều này, thiên hà của chúng ta chỉ có đường kính khoảng 120,000 năm ánh sáng. Những sóng này được nhìn thấy đến từ cách chúng ta 5.5 tỷ năm ánh sáng.

Mặc dù khám phá này có vẻ thú vị vào thời điểm đó đối với cộng đồng các nhà vật lý thiên văn, nhưng những bản ghi âm gần đây nhất về các vụ nổ vô tuyến nhanh, một lần nữa được phát hiện tại Đài thiên văn Parkes ở Úc, bắt đầu lấp đầy một mảnh ghép quan trọng khác cho câu đố ngoài thiên hà này. Nhóm nghiên cứu ở Úc không chỉ ghi lại một trong bảy vụ nổ sóng vô tuyến nhanh duy nhất (theo hiểu biết của chúng tôi) trong hơn 10 năm qua, họ còn thực sự có thể nắm bắt được sự kiện này trong thời gian thực. Nhờ sự chuẩn bị sẵn sàng của mình, nhóm nghiên cứu đã có thể cảnh báo các kính thiên văn khác trên khắp thế giới hướng sự tập trung của chúng vào đúng phần của bầu trời và thực hiện quét phụ trên các vụ nổ để xem có thể phát hiện được bước sóng nào (nếu có). 

Từ những quan sát này, các nhà khoa học đã biết được những thông tin quan trọng có thể không cho chúng ta biết chính xác FRB đến từ đâu hoặc đến từ đâu, nhưng lại làm mất uy tín của những thông tin không phải như vậy. Một số người sẽ lập luận rằng việc biết cái gì đó không quan trọng ngang bằng việc biết nó là gì, đặc biệt là khi bạn đang xử lý vật chất tối tiềm tàng, vì chủ đề này ít được biết đến hơn bất kỳ khoa nào khác trong không gian.

Khi thiếu hụt nhiều kiến ​​thức, các lý thuyết khoa học vừa hợp lý vừa phi lý chắc chắn sẽ nảy sinh. Đó là trường hợp xảy ra với các vụ nổ vô tuyến bí ẩn, trong đó Lorimer đã dự đoán rằng tình trạng này sẽ ngày càng gia tăng trong thập kỷ tới, ông nói rằng “Trong một thời gian, sẽ có nhiều giả thuyết hơn các vụ nổ riêng lẻ được phát hiện”. 

Ông thậm chí còn được cho là đã ủng hộ phỏng đoán rằng những vụ nổ này thậm chí có thể là dấu hiệu của trí thông minh ngoài Trái đất. Duncan Lorimer, nhà vật lý thiên văn, người đứng đầu nhóm nghiên cứu tại Đài quan sát Parkes và là người được đặt theo tên của FRB, đã đùa giỡn với quan điểm rằng những làn sóng này có thể là kết quả của một số người sao Hỏa thân thiện đang cố gắng tận hưởng một buổi sáng 'xin chào' từ một thiên hà xa xôi nào đó. Lorimer đã được trích dẫn trong một cuộc phỏng vấn với NPR, nói rằng “thậm chí còn có các cuộc thảo luận trong tài liệu về chữ ký từ các nền văn minh ngoài Trái đất”, mặc dù ông vẫn chưa xác nhận liệu mình có hoàn toàn ủng hộ những cáo buộc này hay không. 

Trên thực tế, phần lớn cộng đồng khoa học có vẻ hơi do dự khi đặt bất kỳ trọng lượng nào vào những suy đoán này, hoặc bất kỳ vấn đề nào liên quan đến vấn đề đó, vì chúng chỉ là như vậy; những lý thuyết không có bằng chứng xác thực.

Tuy nhiên, trước khi có bất kỳ lý thuyết nào gây tranh cãi, các FRB mà Lorimer ban đầu thu thập từ dữ liệu vào năm 2001 đã được các nhà khoa học (cho đến gần đây) tin tưởng rộng rãi là có nguyên nhân và vị trí mang tính địa phương hơn nhiều và thậm chí còn ít nguyên bản hơn. về nguồn gốc. Mặc dù Lorimer và nhóm của ông đã thu thập một trường hợp FRB từ dữ liệu năm 2011 của họ, nhưng không có trường hợp nào khác được ghi lại về các sóng vô tuyến này được tạo ra từ bộ dữ liệu của Đài thiên văn Parkes hoặc bất kỳ thiết bị tương tự nào khác trên khắp thế giới. Và vì các nhà khoa học được biết là rất nghi ngờ về bất kỳ báo cáo hoặc nghiên cứu duy nhất nào được đưa ra mà không có xác nhận của bên thứ ba nào đó, vụ nổ Lorimer được coi là sự may mắn của công nghệ đã phát hiện ra nó lần đầu tiên. Sự nghi ngờ này dường như chỉ tăng lên khi vào năm 2013, bốn vụ nổ khác được phát hiện bởi kính thiên văn Parkes, tuy nhiên lần này FRB thể hiện những đặc điểm có nhiều điểm tương đồng khó chịu với hiện tượng nhiễu sóng vô tuyến được cho là có nguồn gốc trên mặt đất: peryton.

Các nhà khoa học có thể kết luận từ các biện pháp phân tán cao của vụ nổ Lorimer rằng chúng đến từ một khu vực thiên văn. Khoa học kỹ thuật đằng sau phép đo này sẽ giúp hiểu tại sao những sóng này bị nhầm với peryton, thực ra khá đơn giản. Một vật thể càng ở xa thì càng có nhiều plasma tương tác với (tức là các ion tích điện), điều này thường dẫn đến phổ phân tán, nghĩa là tần số chậm hơn sẽ đến sau tần số nhanh hơn. Khoảng cách giữa thời điểm đến này thường sẽ biểu thị nguồn gốc nằm bên trong hoặc bên ngoài chu vi thiên hà của chúng ta. Loại phổ tán sắc này thường không xảy ra với các vật thể được tìm thấy trong thiên hà của chúng ta, ngoại trừ trường hợp bất thường của peryton. Mặc dù chế nhạo hành vi của một nguồn đến từ không gian ngoài thiên hà, nhưng trên thực tế, peryton có nguồn gốc trên mặt đất và giống như vụ nổ Lorimer, chỉ được quan sát bởi Đài thiên văn Parkes. 

Bây giờ bạn có thể bắt đầu thấy các nhà khoa học ban đầu đề xuất nguồn FRB có nguồn gốc từ thiên thể đã bắt đầu bị hủy hoại bởi công nghệ của chính họ như thế nào, một lỗi đơn giản chỉ có thể được cho là do sự thiếu đa dạng trong việc lấy mẫu của họ. Những người không tin và những người phản đối nhanh chóng ngày càng do dự hơn về việc cấp trạng thái ngoài thiên hà cho những làn sóng này, giống như một sự kiện độc nhất vô nhị, cho đến khi họ xác nhận việc nhìn thấy những làn sóng này từ một kính thiên văn khác ở một địa điểm riêng biệt. Lorimer thậm chí còn đồng ý rằng những phát hiện của ông sẽ không có được tính hợp pháp khoa học như cộng đồng yêu cầu cho đến khi xác nhận từ một đài quan sát khác được ghi lại bằng cách sử dụng “các nhóm [và] thiết bị khác nhau”.

Vào tháng 2012 năm 12110, những lời cầu nguyện tuyệt vọng của Lorimer và các nhà nghiên cứu khác, những người tin rằng những FRB này đến từ bên ngoài thiên hà của chúng ta, đã có câu trả lời. FRB17,000, một vụ nổ vô tuyến nhanh cùng loại được báo cáo ở Úc, được phát hiện tại Đài quan sát Arecibo ở Puerto Rico. Khoảng cách giữa Puerto Rico và Úc - khoảng XNUMX km - chỉ là loại không gian mà các nhà nghiên cứu hy vọng đặt giữa các lần nhìn thấy FRB. Giờ đây, họ có thể xác nhận rằng những bước sóng ngoài hành tinh này không phải là điểm bất thường của kính thiên văn Parkes hoặc vị trí của nó.

Giờ đây, những FRB này đã chứng minh được tính hợp pháp của chúng trong nghiên cứu vật lý thiên văn, bước tiếp theo là tìm hiểu xem những vụ nổ này thực sự đến từ đâu và nguyên nhân gây ra chúng. Thử nghiệm trên kính thiên văn SWIFT xác nhận có 2 nguồn tia X xuất hiện theo hướng của FRB, nhưng ngoài điều đó ra, không phát hiện được bước sóng nào khác. Bằng cách không phát hiện bất kỳ loại hoạt động nào khác trong quang phổ của các bước sóng khác, các nhà khoa học đã có thể loại trừ nhiều lý thuyết gây tranh cãi khác khỏi việc được coi là lời giải thích hợp lệ cho nguồn gốc của FRB. 

Ngoài việc không quan sát thấy những vụ nổ này ở bất kỳ bước sóng nào khác, họ còn phát hiện ra rằng các FRB bị phân cực tròn chứ không phải tuyến tính, cho thấy rằng chúng cũng phải có sự hiện diện của một từ trường mạnh nào đó. Thông qua quá trình loại bỏ, các nhà khoa học đã có thể chia các nguồn có thể gây ra các vụ nổ này thành ba loại: Các lỗ đen đang sụp đổ (ngày nay được gọi là blitzars), các ngọn lửa khổng lồ được tạo ra từ các sao nam châm (sao neutron có từ trường cao), hoặc chúng là kết quả của sự va chạm giữa sao neutron và lỗ đen. Tại thời điểm này, cả ba lý thuyết đều có khả năng hợp lệ vì thông tin mà chúng ta chưa biết về những vụ nổ mạnh này vẫn vượt xa kiến ​​thức mà chúng ta đã lập danh mục.