Signály z kosmu: Odkud se berou záhadné rychlé rádiové záblesky?

Jako rychlý rádiový záblesk neboli Fast Radio Burst (FRB) se označuje jev, při němž se uvolní obrovské množství energie ve formě rádiového záření, což na Zemi pozorujeme jako záblesk. Pulzy obvykle trvají pouhé milisekundy a uvolněnou energii lze srovnat s výkonem stamilionů sluncí. Krátké a intenzivní rádiové signály na nás náhle „bliknou“ po příletu z hlubokého vesmíru, přičemž někdy se mohou také opakovat. Astronomové jich už detekovali celou řadu: Počátkem letošního roku jsme znali asi tisíc zdrojů FRB. Na obloze se jich přitom může podle odhadů denně vyskytnout dva až deset tisíc. Zdá se však, že se záhada s každým novým objevem spíš prohlubuje. 

Jedinečný, ale ne jediný

První známý rádiový záblesk dostal označení FRB 010724 a odhalil ho Duncan Lorimer z West Virginia University. Při analýze dat z australského radioteleskopu Parkes za rok 2007 detekoval signál z prostoru Malého Magellanova oblaku: Trval pouhých pět milisekund a dorazil k nám zřejmě ze vzdálenosti několika milionů světelných let. Podrobný rozbor ukázal, že z místa jeho původu nepřišel dalších 90 hodin žádný nový záblesk. Astrofyzici tak dospěli k závěru, že se jednalo o ojedinělou, velmi intenzivní událost. Časem se však ukázalo, že nejde o izolovaný jev a že je náš vesmír podobnými záblesky nejspíš zcela zaplněn.

Jako první se podařilo lokalizovat záblesk s označením FRB 121102, objevený v roce 2012. Jeho zdroj je zajímavý zejména tím, že se tamní rádiové záblesky daří pozorovat opakovaně – objevují se nepravidelně s odstupy několika dní. Například čínský radioteleskop FAST jich od 29. srpna do 29. října 2019 zaregistroval celkem 1 652 a v průběhu nejaktivnější fáze jich bylo během jedné hodiny zaznamenáno 122. Díky opakování jevu mohli vědci coby původce vyloučit destruktivní jevy, například výbuchy supernov, ale také mohli lépe lokalizovat zdroj. V případě FRB 121102 se nachází ve slabé trpasličí galaxii ve vzdálenosti tří miliard světelných let, v souhvězdí Vozky.

Signály cizích civilizací?

První pozorování opakujících se záblesků z jednoho zdroje znamenalo průlom: Astronomové si uvědomili, že přinejmenším část FRB pochází ze „stabilních“ zdrojů, a nikoliv z jednorázových extrémních událostí, jako jsou zmiňované exploze super­nov. Kromě toho se podařilo detekovat FRB přicházející z konkrétní galaxie, což umožnilo odhadnout vzdálenost a určit celkovou energii emitovanou při události.

V roce 2020 byl pomocí teleskopu CHIME alias Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment poprvé popsán zdroj, který vysílá pravidelné rádiové záblesky, a to s periodou 16 dnů. Navíc jde o zatím nejbližší zdroj opakovaných záblesků, konkrétně ve vzdálenosti 500 milionů světelných let. CHIME registruje zhruba tisíc FRB ročně, což nám poskytuje unikátní data pro pochopení jejich původu.

Nabízí se vysvětlení, že by se mohlo jednat o nějaký rotující zdroj záření, který občas směrem k Zemi vyšle intenzivní rádiový signál – podobně jako pulzary. Astronomové se domnívají, že FRB vycházejí z oblasti o velikosti maximálně několika stovek kilometrů, což je na vesmírné poměry opravdu málo. Jestli však pozorované záblesky vznikají ve vzdálenosti milionů až miliard světelných let, musejí být nesmírně jasné. Mezi hlavní „podezřelé“ tak patří magnetary, tedy pulzary s extrémním magnetickým polem. Ve hře však zůstává i několik bizarních teorií, od zhroucení hypotetických blitzarů (viz Pulzary, magnetary a blitzary) až po signály mimozemských civilizací.

Záhadná rychlost...

V lednu 2020 detekovali astronomové rychlé rádiové záblesky, které jsou asi milion­krát kratší, než by měly být, a navíc přiletěly z míst, kde by neměly vznikat. Pocházely z kulové hvězdokupy na periferii blízké spirální galaxie M81 v souhvězdí Velké medvědice, kterou od nás dělí 12 milionů světelných roků. Většina dosud zaznamenaných rychlých rádiových výtrysků však přilétá z mnohem větších vzdáleností, nezřídka i v řádu miliard světelných let. 

Mezinárodní tým vedený Franzem Kirstenem ze švédské univerzity Chalmers detekoval tyto FRB pomocí radioteleskopů sítě European VLBI Network, díky nimž se podařilo vystopovat jejich zdroj. Jev dostal označení FRB 20200120E a může produkovat izolované emise kratší než 60 nanosekund. Od dosud známých signálů se odlišuje natolik, že možná představuje novou třídu. Fakt, že jsou zmíněné záblesky zhruba milionkrát kratší než obvykle, naznačuje, že velké množství FRB možná zatím přehlížíme.

... i záhadné místo zrození

Kirsten s kolegy dokonce zjistil, že ultrarychlý rádiový záblesk FRB 20200120E pochází z hustě uspořádané skupiny starých hvězd, což je pro dosud známé výtrysky zcela netypické. Hlavní kandidáty na původce rychlých rádiových záblesků navíc tvoří zmiňované magnetary. V kulové hvězdokupě bychom však magnetar rozhodně nečekali. Kde se v ní tedy vzal ultrarychlý rádiový záblesk? 

V daném případě by mohlo jít například o dvojhvězdu s bílým trpaslíkem, který „kradl“ hmotu svému protějšku. Nevybuchl přitom jako supernova, ale mohl zkolabovat do magnetaru. Podobný vývoj by měl být zcela výjimečný, jde však údajně o nejsnazší vysvětlení zdroje FRB ve hvězdokupě. Tak nesmírně krátký signál by měl pocházet z velice malého tělesa, podle výpočtů o průměru snad jen pár desítek metrů – a zároveň nesmírně energetického. S novým objevem tudíž záhada trvá, jen kromě klasických rychlých rádiových záblesků registrujeme i jejich ultrakrátkou variantu.

Poprvé na domácí půdě

Mezi možná vysvětlení vzniku FRB tedy patří erupce vysokoenergetického záření z magnetarů: Trvají velmi krátce, dokážou však mnohonásobně přesvítit Slunce. Do jejich pozorování se zapojila i družice Integral, a koncem dubna 2020 tak pozornost vědců přitáhl magnetar SGR 1935+2154, nacházející se v naší Galaxii ve vzdálenosti 30 tisíc světelných let směrem k souhvězdí Lištičky. Dal o sobě vědět výrazným zábleskem v rentgenové části spektra a začal být aktivní. Krátce poté si astronomové všimli, že nevyzařoval jen obvyklé rentgenové záření, nýbrž i rádiové vlny. „Zaznamenali jsme vysokoenergetický výron z magnetaru. Družice Integral zachytila tvrdé záření 28. dubna 2020,“ popisuje Sandro Mereghetti z astrofyzikálního institutu IASF v Miláně a dodává: „Ještě nikdy jsme neviděli záblesk rádiových vln vycházející z magnetaru.“ 

Rovněž astronomové z kanadského pozemního radioteleskopu CHIME identifikovali téhož dne krátký, ale extrémně jasný záblesk rádiových vln přicházející od magnetaru SGR 1935+2154. Jedná se přitom o první známý zdroj FRB přímo v naší Galaxii. Se znalostí jeho přibližné vzdálenosti pak bylo možné určit celkovou uvolněnou energii: V daném okamžiku stotisíckrát převyšovala výkon Slunce.

TIP: Radioastronomové objevili zcela unikátní neutronovou hvězdu: Žádnou podobnou zatím neznáme

Pozorovaná souvislost podporuje teorii, že rychlé rádiové záblesky vycházejí z magnetarů, a k danému vysvětlení se přiklání stále víc astronomů. Zdá se tedy, že magnetary mohou hrát klíčovou roli v mnoha krátkodobých kosmických jevech, od extrémně jasných explozí supernov až po vzdálené energetické gama-záblesky.