Hàng nghìn lần mỗi ngày, một đợt sóng vô tuyến cực ngắn, dữ dội được tạo ra ở đâu đó trong Vũ trụ và các nhà thiên văn học có rất ít manh mối về nguồn gốc của chúng.
Duncan Lorimer, một nhà thiên văn vô tuyến tại Đại học West Virginia ở Mỹ, không biết phải trông đợi điều gì khi học trò của ông là David Narkevic phân tích lại các quan sát từ tháng 7 năm 2001, được thực hiện bằng kính viễn vọng vô tuyến Parkes 64m ở Úc.
Lorimer chắc chắn không thể tưởng tượng rằng phân tích năm 2007 của Narkevic sẽ mở ra một lĩnh vực mới trong vật lý thiên văn mà sau 10 năm vẫn còn làm các nhà khoa học bối rối.
“Vẫn còn rất nhiều việc phải làm ở phía trước,” Lorimer nói.
‘Vụ nổ Lorimer’ ngày 24 tháng 7 năm 2001 không phải là một sự kiện kỳ lạ. Đôi khi, các quan sát khác của Parkes cũng bắt gặp các vụ nổ vô tuyến nhanh (FRB) tương tự, kéo dài nhiều nhất là vài mili giây và xảy ra ngẫu nhiên trên bầu trời.
Khi tính đến trường nhìn cực kỳ hẹp của kính viễn vọng vô tuyến, thật dễ dàng để tính toán rằng những vụ nổ bí ẩn này trên thực tế phải diễn ra rất thường xuyên.
Nhưng các vụ nổ radio nhanh là gì và chúng đến từ đâu?
Nếu bạn không biết vị trí của FRB (trong Dải Ngân hà của chúng ta hoặc xa hơn nữa), bạn không thể suy ra năng lượng của vụ nổ.
Nó có thể là một vụ nổ tương đối nhỏ trên bề mặt của một ngôi sao lùn gần đó, hoặc một sự kiện vĩ đại ở rìa của Vũ trụ quan sát được.
Các nhà thiên văn học chỉ có một manh mối: tất cả các FRB thể hiện một ‘sự phân tán’ tương đối mạnh, có nghĩa là các sóng tần số thấp hơn bị tụt lại phía sau các sóng tần số cao hơn.
Hiệu ứng này được gây ra bởi các sóng truyền qua một chất khí mong manh gồm các hạt tích điện.
Độ phân tán cao có nghĩa là có nhiều hạt xen kẽ, tương ứng với khoảng cách lớn. Nhưng không ai có thể hoàn toàn chắc chắn.
Để làm phức tạp thêm vấn đề, một kính viễn vọng vô tuyến một đĩa như Parkes có độ phân giải không gian tương đối thấp trên bầu trời, vì vậy vị trí của các vụ nổ không được xác định chính xác.
Điều đó khiến không thể thực hiện các quan sát tiếp theo bằng kính thiên văn lớn hơn.
Điều này chỉ thay đổi vào tháng 4 năm 2015 khi một nhóm do Evan Keane thuộc Tổ chức Square Kilometre Array dẫn đầu đã hướng Hệ thống thu gọn của Kính viễn vọng Úc (ATCA) vào một vùng bầu trời trong chòm sao Canis Major, nơi Parkes đã phát hiện ra một vụ nổ radio nhanh chỉ một vài giờ trước đó.
Trên cơ sở phát hiện của Parkes, không thể xác định vị trí trên bầu trời của FRB 150814 với độ chính xác cao hơn khoảng 15 phút cung (một nửa chiều rộng của Mặt trăng tròn).
Nhưng ATCA là một dãy giao thoa kế với tầm nhìn sắc nét hơn nhiều, và trong ‘hộp lỗi’ 0,25º của FRB 150814, Keane và các đồng nghiệp đã tìm thấy một nguồn vô tuyến đang mờ dần, nằm trong một thiên hà ở khoảng cách 6 tỷ năm ánh sáng.
Dư quang của FRB 150418 gợi nhớ đến dư quang của một vụ nổ tia gamma ngắn, là kết quả của các vụ va chạm sao neutron trong các thiên hà xa xôi.
Vào cuối tháng 2 năm 2016, nhóm của Keane đã viết trên tạp chí Nature rằng FRB rất có thể là sự kiện thảm khốc xảy ra một lần, mặc dù họ không thể chắc chắn 100% về mối liên hệ giữa FRB và nguồn radio ATCA.
Nhưng chỉ một tuần sau, tạp chí Nature đã công bố một bài báo khác của các nhà thiên văn vô tuyến Canada, Mỹ và Hà Lan đã đưa ra một kết luận rất khác.
Sử dụng kính viễn vọng vô tuyến 305m tại Đài quan sát Arecibo ở Puerto Rico, Paul Scholz của Đại học McGill ở Montreal và các đồng nghiệp của ông đã phát hiện ra một vụ nổ vô tuyến nhanh lặp đi lặp lại: FRB 121102 ở Auriga cũng cho thấy các vụ nổ vào tháng 5 và tháng 6 năm 2015.
Vì vậy, bất cứ điều gì gây ra những vụ nổ này đã không phá hủy nguồn gốc của nó. Như Lorimer nói: “Về cơ bản, một trận đại hồng thủy không thể tạo ra các đợt bùng nổ lặp lại.”
Bây giờ, cuộc săn lùng đã thực sự bắt đầu. Nếu FRB 121102 thỉnh thoảng lặp lại, bạn chỉ cần theo dõi phần khả nghi của bầu trời bằng một giao thoa kế lớn để xác định vị trí một vụ nổ mới trong thời gian thực.
Sự kiên nhẫn đã được đền đáp, cuối cùng. Vào tháng 9 năm 2016, cả Mảng Rất Lớn ở New Mexico và Mạng VLBI Châu Âu đã thành công trong việc truy tìm nguồn gốc của các vụ nổ đến một thiên hà lùn nhỏ, không dễ thấy ở khoảng cách khoảng 2,5 tỷ năm ánh sáng.
“Đó là một bước đột phá trong quan sát,” Neil Gehrels, nhà vật lý thiên văn và chuyên gia về vụ nổ tia gamma của NASA cho biết khi biết về kết quả, ngay trước khi ông qua đời vào tháng 2 năm 2017.
Từ khoảng cách đã biết, giờ đây các nhà thiên văn học có thể tính toán năng lượng của vụ nổ – khoảng bằng lượng Mặt trời phát ra trong 24 giờ trong một phần nghìn giây.
Nhà thiên văn vô tuyến người Canada gốc Hà Lan Jason Hessels giờ đây tin rằng FRB là những vụ nổ không thường xuyên từ các sao neutron có từ tính cao, quay cực nhanh.
Những người khác nghĩ rằng các vụ nổ lặp đi lặp lại có thể xảy ra trong đĩa bồi tụ xung quanh lỗ đen có thể ẩn nấp trong lõi của thiên hà lùn.
Trong khi đó, Lorimer không chắc lắm rằng chỉ có một loại vụ nổ radio nhanh – xét cho cùng, FRB 121102 là vụ duy nhất được biết là lặp lại cho đến nay.
“Tôi đoán là có nhiều hạng,” anh nói.
Vào khoảng thời gian các vụ nổ radio nhanh được phát hiện, các nhà thiên văn học cũng bắt gặp một loại tín hiệu mili giây rất giống nhau, mặc dù có dạng xung khác nhiều.
Chúng trông rất nhân tạo – ví dụ, chúng sáng như nhau ở mọi bước sóng – nhưng nguồn gốc thực sự của chúng vẫn chưa được biết trong một thời gian dài.
Các nhà thiên văn vô tuyến của Parkes gọi chúng là peryton, theo tên một sinh vật thần thoại nửa hươu, nửa chim.
Vào năm 2015, câu đố peryton cuối cùng đã được giải quyết. Người ta phát hiện ra rằng peryton được tạo ra khi mở cửa lò vi sóng trong nhà bếp của các nhà thiên văn học quá sớm.
Không có câu đố vũ trụ mới: chỉ có các nhà khoa học và kỹ thuật viên thiếu kiên nhẫn tại chỗ tin rằng
rằng bữa trưa của họ đã sẵn sàng!
Duncan Lorimer, người đã mô tả FRB đầu tiên vào năm 2007, cho biết thật không may, sự nhầm lẫn xung quanh peryton đã làm chậm quá trình nghiên cứu các vụ nổ radio nhanh thực sự.
“Việc tài trợ cho nghiên cứu của chúng tôi trở nên khó khăn hơn.”
Thí nghiệm lập bản đồ cường độ hydro của Canada (CHIME) ở Penticton, British Columbia, là một cỗ máy khám phá các vụ nổ radio nhanh.
CHIME, do bốn viện nghiên cứu của Canada điều hành, là một đài quan sát toàn bộ bầu trời, được thiết kế để lập bản đồ phân bố hydro trung tính trong Vũ trụ sơ khai, vì vậy mục tiêu chính của nó là vũ trụ học.
Nhưng với trường quan sát cực lớn, nó được cho là sẽ phát hiện ra hàng chục vụ nổ vô tuyến nhanh tương đối sáng mỗi ngày.
‘Kính viễn vọng kỹ thuật số’ hoàn toàn không có bộ phận chuyển động. Nó bao gồm bốn ‘nửa ống’ hình trụ, hướng từ bắc xuống nam và có kích thước 20x100m.
Định hướng của kính viễn vọng đối với bầu trời thay đổi do sự quay của Trái đất, điều này cho phép sử dụng phép đo giao thoa để tạo bản đồ hydro chi tiết.
Theo nhà thiên văn vô tuyến Vicky Kaspi của Đại học McGill ở Montreal, CHIME có thể là một máy dò FRB xuất sắc, mặc dù quan sát ở tần số thấp hơn so với Parkes, Arecibo hoặc Mảng Rất Lớn.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 6 năm 2017 của Tạp chí BBC Sky at Night .