Khi các nhà thiên văn học lần đầu tiên ghi nhận sự phát hiện của Burst Radio nhanh (FRB) vào năm 2007 (hay còn gọi là Burimer Burst), cả hai đều kinh ngạc và tò mò. Sự bùng nổ năng lượng cao này của các xung vô tuyến, chỉ tồn tại trong vài mili giây, dường như đến từ bên ngoài thiên hà của chúng ta. Kể từ thời điểm đó, các nhà thiên văn học đã tìm thấy bằng chứng về nhiều FRB trong dữ liệu được ghi lại trước đó và vẫn đang suy đoán nguyên nhân gây ra chúng.
Nhờ những khám phá và nghiên cứu tiếp theo, các nhà thiên văn học hiện biết rằng FRB phổ biến hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. Trên thực tế, theo một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian (CfA), FRB có thể xảy ra mỗi giây trong Vũ trụ quan sát được. Nếu đúng, FRB có thể là một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu nguồn gốc và sự phát triển của vũ trụ.
Nghiên cứu có tựa đề là một vụ nổ radio nhanh xảy ra mỗi giây trong suốt vũ trụ có thể quan sát được, gần đây đã xuất hiện trong Tạp chí Vật lý thiên văn. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Anastasia Fialkov, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ và là thành viên của Viện lý thuyết và tính toán CfA, (ITC). Cô được tham gia bởi Giáo sư Abraham Loeb, giám đốc ITC và Frank B. Baird, Giáo sư Khoa học tại Harvard.
Như đã lưu ý, FRB vẫn còn là một điều bí ẩn kể từ khi chúng được phát hiện lần đầu tiên. Không chỉ nguyên nhân của họ vẫn chưa được biết, mà nhiều về bản chất thực sự của họ vẫn chưa được hiểu rõ. Như Tiến sĩ Fialkov nói với Tạp chí Không gian qua email:
Các FRBs (hay các vụ nổ radio nhanh) là các tín hiệu vật lý thiên văn có bản chất không xác định. Các chùm được quan sát là ngắn (hoặc thời gian mili giây), các xung sáng trong phần vô tuyến của phổ điện từ (ở tần số GHz). Chỉ có 24 vụ nổ đã được quan sát cho đến nay và chúng tôi vẫn không biết chắc chắn quá trình vật lý nào kích hoạt chúng. Lời giải thích hợp lý nhất là chúng được phóng lên bằng các sao neutron từ hóa quay. Tuy nhiên, lý thuyết này đã được xác nhận.
Vì lợi ích của nghiên cứu của họ, Fialkov và Loeb đã dựa vào các quan sát được thực hiện bởi nhiều kính viễn vọng của vụ nổ radio nhanh lặp lại được gọi là FRB 121102. FRB này được quan sát lần đầu tiên vào năm 2012 bởi các nhà nghiên cứu sử dụng kính viễn vọng vô tuyến Arecibo ở Puerto Rico, và kể từ đó được xác nhận là đến từ một thiên hà nằm cách xa 3 tỷ năm ánh sáng theo hướng của chòm sao Auriga.
Kể từ khi được phát hiện, các vụ nổ bổ sung đã được phát hiện đến từ vị trí của nó, làm cho FRB 121102 trở thành ví dụ duy nhất được biết về FRB lặp lại. Bản chất lặp đi lặp lại này cũng đã cho phép các nhà thiên văn học tiến hành các nghiên cứu chi tiết hơn về nó so với bất kỳ FRB nào khác. Như giáo sư Loeb đã nói với Tạp chí Không gian qua email, những lý do này và những lý do khác khiến nó trở thành mục tiêu lý tưởng cho nghiên cứu của họ:
Phần mềm FRB 121102 là FRB duy nhất có thiên hà chủ và khoảng cách được xác định. Đây cũng là nguồn FRB lặp lại duy nhất mà từ đó chúng tôi đã phát hiện hàng trăm FRB. Phổ vô tuyến của FRB của nó tập trung vào một tần số đặc trưng và không bao phủ một dải rất rộng. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với khả năng phát hiện của các FRB như vậy, bởi vì để tìm thấy chúng, đài quan sát vô tuyến cần phải được điều chỉnh theo tần số của chúng.
Dựa trên những gì đã biết về FRB 121102, Fialkov và Loeb đã tiến hành một loạt các tính toán cho rằng hành vi của nó là đại diện cho tất cả các FRB. Sau đó, họ dự đoán có bao nhiêu FRB sẽ tồn tại trên toàn bộ bầu trời và xác định rằng trong Vũ trụ quan sát được, một FRB có thể sẽ diễn ra mỗi giây một lần. Fialkov giải thích:
Giả sử rằng các FRB được tạo ra bởi các thiên hà thuộc một loại cụ thể (ví dụ, tương tự như FRB 121102), chúng ta có thể tính được số lượng FRB phải được tạo ra bởi mỗi thiên hà để giải thích các quan sát hiện có (ví dụ: 2000 trên mỗi bầu trời mỗi ngày). Với con số này, chúng ta có thể suy ra tỷ lệ sản xuất cho toàn bộ thiên hà. Tính toán này cho thấy FRB xảy ra mỗi giây khi chiếm tất cả các sự kiện mờ nhạt.
Trong khi bản chất và nguồn gốc chính xác của FRB vẫn chưa được biết - các đề xuất bao gồm các sao neutron quay và thậm chí cả trí thông minh ngoài hành tinh! - Fialkov và Loeb chỉ ra rằng chúng có thể được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và sự tiến hóa của Vũ trụ. Nếu thực sự chúng xảy ra với tần số thường xuyên như vậy trên khắp vũ trụ, thì các nguồn ở xa hơn có thể đóng vai trò là tàu thăm dò mà các nhà thiên văn học sau đó sẽ dựa vào để làm giảm độ sâu của không gian.
Ví dụ, trên khoảng cách vũ trụ rộng lớn, có một lượng đáng kể vật liệu can thiệp gây khó khăn cho các nhà thiên văn học khi nghiên cứu Bối cảnh vi sóng vũ trụ (CMB) - bức xạ còn sót lại từ Vụ nổ lớn. Các nghiên cứu về vật liệu can thiệp này có thể dẫn đến một ước tính mới về mức độ không gian dày đặc - tức là bao nhiêu phần của nó bao gồm vật chất thông thường, vật chất tối và năng lượng tối - và nó đang mở rộng nhanh như thế nào.
Và như giáo sư Loeb đã chỉ ra, các FRB cũng có thể được sử dụng để khám phá các câu hỏi vũ trụ lâu dài, giống như cách mà Dark Dark Age của vũ trụ kết thúc:
Các FRB có thể được sử dụng để đo cột điện tử tự do về phía nguồn của chúng. Điều này có thể được sử dụng để đo mật độ vật chất thông thường giữa các thiên hà trong vũ trụ ngày nay. Ngoài ra, các FRB ở thời kỳ vũ trụ sơ khai có thể được sử dụng để tìm ra khi nào tia cực tím từ các ngôi sao đầu tiên phá vỡ các nguyên tử hydro nguyên thủy còn sót lại từ Big Bang thành các electron và proton cấu thành của chúng.
Thời kỳ tối tăm của Hồi giáo, xảy ra trong khoảng từ 380.000 đến 150 triệu năm sau Vụ nổ lớn, được đặc trưng bởi một nguyên tử hydro sương mù của các nguyên tử hydro tương tác với các photon. Do đó, bức xạ của thời kỳ này là không thể phát hiện được bởi các công cụ hiện tại của chúng tôi. Hiện tại, các nhà khoa học vẫn đang cố gắng giải quyết cách thức Vũ trụ thực hiện quá trình chuyển đổi giữa những Dark Dark Ages này và các kỷ nguyên tiếp theo khi Vũ trụ tràn ngập ánh sáng.
Thời kỳ tái sinh của Hồi giáo này, diễn ra từ 150 triệu đến 1 tỷ năm sau Vụ nổ lớn, là khi những ngôi sao và quasar đầu tiên hình thành. Người ta thường tin rằng ánh sáng tia cực tím từ các ngôi sao đầu tiên trong Vũ trụ truyền ra ngoài để ion hóa khí hydro (do đó làm sạch sương mù). Một nghiên cứu gần đây cũng cho rằng các lỗ đen tồn tại trong Vũ trụ sơ khai đã tạo ra những cơn gió cần thiết, cho phép bức xạ ion hóa này thoát ra.
Cuối cùng, các FRB có thể được sử dụng để thăm dò giai đoạn đầu của Vũ trụ và xác định điều gì đã phá vỡ sương mù này và cho phép ánh sáng thoát ra. Nghiên cứu các FRB rất xa có thể cho phép các nhà khoa học nghiên cứu ở đâu, khi nào và làm thế nào quá trình tái sinh này đã xảy ra. Nhìn về phía trước, Fialkov và Loeb đã giải thích cách các kính viễn vọng vô tuyến trong tương lai sẽ có thể khám phá ra nhiều FRB.
Các đài quan sát vô tuyến của Tương lai, như Square Kilometer Array, sẽ đủ nhạy để phát hiện các FRB từ thế hệ thiên hà đầu tiên ở rìa vũ trụ quan sát được, Giáo sư Loeb nói. Công việc của chúng tôi cung cấp ước tính đầu tiên về số lượng và tính chất của những tia sáng đầu tiên của sóng vô tuyến phát sáng trong vũ trụ trẻ sơ sinh.
Và sau đó, LẬP TỨC Thí nghiệm lập bản đồ cường độ hydro (CHIME) của Canada tại Đài quan sát vật lý thiên văn vô tuyến Dominion ở British Columbia, gần đây đã bắt đầu hoạt động. Những công cụ này và các công cụ khác sẽ đóng vai trò là công cụ mạnh mẽ để phát hiện FRB, lần lượt có thể được sử dụng để xem các vùng thời gian và không gian chưa từng thấy trước đây và mở khóa một số bí ẩn vũ trụ sâu nhất.
Tiến sĩ [W] e thấy rằng một kính viễn vọng thế hệ tiếp theo (với độ nhạy tốt hơn nhiều so với các kính viễn vọng hiện có) dự kiến sẽ thấy nhiều FRB hơn so với những gì được quan sát ngày nay, tiến sĩ Fialkov nói. Điều này sẽ cho phép đặc trưng hóa dân số của FRB và xác định nguồn gốc của chúng. Hiểu bản chất của FRB sẽ là một bước đột phá lớn. Khi các đặc tính của các nguồn này được biết đến, FRB có thể được sử dụng làm đèn hiệu vũ trụ để khám phá Vũ trụ. Một ứng dụng là nghiên cứu lịch sử tái tạo (chuyển pha vũ trụ khi khí liên ngân hà bị ion hóa bởi các ngôi sao).
Đó là một suy nghĩ truyền cảm hứng, sử dụng các hiện tượng vũ trụ tự nhiên làm công cụ nghiên cứu. Về mặt đó, sử dụng FRB để thăm dò các vật thể ở xa nhất trong không gian (và ngược thời gian nhất có thể) giống như sử dụng các quasar làm đèn hiệu điều hướng. Cuối cùng, việc nâng cao kiến thức về Vũ trụ cho phép chúng ta khám phá thêm về nó.
