Fast Radio Bursts (FRBs) đã trở thành một trọng tâm nghiên cứu trong thập kỷ qua. Trong thiên văn vô tuyến, hiện tượng này đề cập đến các xung vô tuyến thoáng qua đến từ các nguồn vũ trụ xa xôi, thường chỉ kéo dài trung bình vài mili giây. Kể từ khi sự kiện đầu tiên được phát hiện vào năm 2007 (Bur Lorimer Burst '), ba mươi bốn FRB đã được quan sát, nhưng các nhà khoa học vẫn không chắc chắn nguyên nhân gây ra chúng.
Với các lý thuyết từ sao nổ và lỗ đen đến pulsar và nam châm - và thậm chí cả những thông điệp đến từ trí tuệ ngoài mặt đất (ETI) - các nhà thiên văn học đã quyết tâm tìm hiểu thêm về những tín hiệu lạ này. Và nhờ vào một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà nghiên cứu Úc, người đã sử dụng Máy dò tìm mảng Kilomet vuông (ASKAP) của Úc, số lượng nguồn FRB đã biết đã tăng gần gấp đôi.
Nghiên cứu chi tiết nghiên cứu của họ, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Thiên nhiên, được dẫn dắt bởi Tiến sĩ Ryan Shannon - một nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Swinburne và Trung tâm Xuất sắc OzGrav ARC - và bao gồm các thành viên từ Trung tâm Nghiên cứu Thiên văn Vô tuyến Quốc tế (ICRAR), Cơ sở Quốc gia Kính viễn vọng Úc (ATNF), ARC Trung tâm xuất sắc về vật lý thiên văn trên bầu trời (CAASTRO) và nhiều trường đại học.
Khi họ nêu trong nghiên cứu của họ, những nỗ lực để hiểu toàn bộ FRB đã bị cản trở bởi một số yếu tố. Đối với một, các tìm kiếm trước đây đã được thực hiện với các kính thiên văn khác nhau về độ nhạy, ở một dải tần số vô tuyến khác nhau và trong các môi trường có mức nhiễu tần số vô tuyến khác nhau - là kết quả của hoạt động của con người.
Thứ hai, các tìm kiếm trong quá khứ đã phức tạp bởi tính chất nhất thời của các nguồn và độ phân giải góc của các thiết bị phát hiện kém, điều này dẫn đến sự không chắc chắn khi nói đến các nguồn FRB và độ sáng của chúng. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã thực hiện một cuộc khảo sát vô tuyến trường rộng, được kiểm soát tốt đối với một loạt vụ nổ được phát hiện vào năm 2016 và truy tìm một thiên hà lùn nằm cách đó 3,7 tỷ năm ánh sáng.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện khảo sát này bằng cách sử dụng mảng ASKAP, kính viễn vọng khảo sát vô tuyến nhanh nhất thế giới ở phía tây Australia. Được thiết kế và chế tạo bởi Tổ chức nghiên cứu khoa học và công nghiệp khối thịnh vượng chung (CSIRO), mảng ASKAP được tạo thành từ ăng ten 36 món ăn được trải dài trên một dải địa hình có đường kính 6 km (3,7 mi).
Sử dụng mảng này, tiền thân của kính thiên văn Square Kilometre (SKA) trong tương lai, nhóm nghiên cứu đã khảo sát các vụ nổ đến từ nguồn vũ trụ xa xôi này. Ngoài việc tìm thấy nhiều FRB hơn trong một năm so với bất kỳ cuộc khảo sát nào trước đó, họ cũng quan sát thấy rằng các tín hiệu đến từ các nguồn ở xa hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. Như Tiến sĩ Shannon đã giải thích trong thông cáo báo chí của ICRAR:
Chúng tôi đã tìm thấy 20 vụ nổ radio nhanh trong một năm, gần gấp đôi số lượng được phát hiện trên toàn thế giới kể từ khi chúng được phát hiện vào năm 2007. đang đến từ phía bên kia của vũ trụ chứ không phải từ khu vực thiên hà của chúng ta.
Các quan sát tiếp theo được thực hiện trong khoảng từ 8 đến 46 ngày sau khi phát hiện ban đầu cho thấy không có vụ nổ nào lặp lại. 20 vụ nổ họ phát hiện cũng bao gồm các nguồn gần nhất từng được quan sát, chưa kể sáng nhất. Phát hiện của họ cũng chứng minh rằng có một mối quan hệ giữa sự phân tán nổ và độ sáng, cũng như cường độ và khoảng cách.
Lý do cho điều này có liên quan đến thực tế là các vụ nổ xa hơn di chuyển trong hàng tỷ năm ánh sáng trước khi đến Trái đất. Trong hành trình của mình, họ đi qua vật chất nằm giữa nguồn và Trái đất (như những đám mây khí), có ảnh hưởng đến chúng. Như Tiến sĩ Jean-Pierre Macquart, từ nút ICRAR của Đại học Curtin và là đồng tác giả của bài báo, đã giải thích:
Mỗi lần điều này xảy ra, các bước sóng khác nhau tạo nên một vụ nổ bị làm chậm bởi các lượng khác nhau. Cuối cùng, vụ nổ đến Trái đất với sự lan rộng của các bước sóng đến kính viễn vọng vào những thời điểm hơi khác nhau, giống như những người bơi ở vạch đích. Thời điểm sự xuất hiện của các bước sóng khác nhau cho chúng ta biết bao nhiêu vụ nổ đã đi qua trong hành trình của nó. Và bởi vì chúng tôi đã chỉ ra rằng các vụ nổ radio nhanh đến từ rất xa, chúng tôi có thể sử dụng chúng để phát hiện tất cả các vật chất còn thiếu trong không gian giữa các thiên hà, đó là một khám phá thực sự thú vị.
Nhờ vào nhóm khám phá mới nhất này, giờ đây các nhà khoa học hiểu rằng các FRB đã phát hiện cho đến nay có nguồn gốc từ phía bên kia của vũ trụ, chứ không phải trong thiên hà của chúng ta. Tuy nhiên, chúng ta vẫn không tiến gần hơn đến việc xác định nguyên nhân gây ra chúng hoặc chúng đến từ thiên hà nào. Nhưng với một mẫu nghiên cứu hiện bao gồm 48 phát hiện, các nhà nghiên cứu có khả năng sẽ học được nhiều hơn trong những năm tới.
Đối với Tiến sĩ Shannon và nhóm nghiên cứu của ông, thử thách tiếp theo sẽ là xác định chính xác vị trí của các vụ nổ trên bầu trời. Ông nói chúng tôi có thể bản địa hóa các vụ nổ để tốt hơn một phần nghìn độ, ông nói. Càng đó, về chiều rộng của một sợi tóc người nhìn thấy cách đó mười mét, và đủ tốt để buộc từng chùm vào một thiên hà cụ thể.
Và trong khi đó, nghiên cứu về FRB cũng được dự kiến sẽ dẫn đến một số bước đột phá lớn trong thiên văn học. Ngay sau đó, một nhóm các nhà nghiên cứu CSIRO đã sử dụng Đài thiên văn Parkes ở Úc để phát hiện FRB vào năm 2016, sau đó được quan sát bởi nhiều đài quan sát trên khắp thế giới. Kết quả là nhóm nghiên cứu đã có thể xác định được nguồn (một thiên hà hình elip cách xa 6 tỷ năm ánh sáng) và xác định tín hiệu dịch chuyển đỏ.
Chiến công chưa từng có này cho phép nhóm nghiên cứu đo mật độ của vật chất can thiệp giữa thiên hà này và Trái đất, điều này khẳng định rằng các mô hình hiện tại của chúng tôi để đo mật độ vật chất trong Vũ trụ là chính xác. Nói cách khác, nhóm nghiên cứu đã có thể tìm thấy vật chất còn thiếu của thành phố vũ trụ bằng cách sử dụng FRB làm thước đo. Hay như Tiến sĩ Jean-Pierre Macquart, Giảng viên cao cấp tại Đại học Curtin và là một trong những nhà khoa học chịu trách nhiệm khám phá, đưa ra:
Các [FRBs], trên thực tế, là các phòng thí nghiệm vật lý thăm dò các cực trị của vật chất và năng lượng mà chúng ta không thể truy cập trong các phòng thí nghiệm trên mặt đất. Và chính xác là loại vật lý này sẽ thúc đẩy những tiến bộ trong tương lai của công nghệ trong các thế hệ tiếp theo.
Nghiên cứu gần đây cũng đã xác định rằng FRB là một sự kiện vũ trụ rất phổ biến, xảy ra khoảng một giây mỗi lần trong Vũ trụ của chúng ta. Với các công cụ quan sát mạnh mẽ sẽ sớm xuất hiện - chẳng hạn như Square Kilometre Array (SKA), Mảng milimet lớn của Mỹ Latinh (LLAMA) và Kính viễn vọng vô tuyến 110m Qitai - các nhà khoa học chắc chắn sẽ quan sát được nhiều FBR hơn trong tương lai gần.
Với mỗi phát hiện mới, chúng tôi sẽ tìm hiểu thêm về nguyên nhân gây ra những tia sáng kỳ lạ này và cách chúng có thể được sử dụng để mở khóa những bí ẩn trong Vũ trụ của chúng ta. Trong lúc này, hãy chắc chắn kiểm tra cuộc phỏng vấn này với Tiến sĩ Shannon và nhóm khám phá, với sự giúp đỡ của CSIRO:
