Загадочные космические сигналы, известные как быстрые радиоимпульсы (fast radio bursts, FRB), объяснить происхождение которых пока никто не может, стали еще загадочнее, когда астрофизики попытались определить, с каких расстояний они приходят. Более того, ученые представили некоторые аргументы в пользу их рукотворного происхождения — от земной (или внеземной) цивилизации.
Коротко и неясно
FRB (единичные радиоимпульсы длительностью несколько миллисекунд) были открыты недавно и совершенно случайно. В 2007 году Дункан Лоример (Duncan Lorimer), астрофизик из Университета Западной Вирджинии, изучал архивные записи наблюдений радиотелескопа, сделанных в 2001 году, и обнаружил короткий, всего несколько миллисекунд, но чрезвычайно мощный радиоимпульс, — позже было подсчитано, что за столь короткое время произошел выброс энергии, которую наше Солнце излучает за месяц.
Спектр FRB 110220, первого радиоимпульса, обнаруженного Д. Торнтоном и включающего более 800 составляющих. Во вкладке — исходный сигнал.. Изображение:The Conversation Trust (UK)
Позже, порывшись в своих радиотелескопных анналах, ученые обнаружили еще девять похожих сигналов, зарегистрированных другими обсерваториями. Но только в 2015 году австралийским астрономам удалось наблюдать одиннадцатую FRB в реальном времени. Спустя несколько часов на точку небосвода, откуда пришла вспышка, нацелились десятки телескопов — и ничего не увидели.
Указать хотя бы на возможный источник этих вспышек астрономы пока не в состоянии, — как водится, они предложили сразу несколько версий происходящего, но ни одна из них не признана состоятельной. А после того, как 30 марта 2015 года на страницах портала препринтов arXiv.org появилась статья германо-американской группы исследователей под руководством Майкла Хиппке (Michael Hippke) из немецкого Института анализа данных в Нойкирхене, дело запуталось еще больше.
Квантованные орбиты во Вселенной
Авторы статьи задались, в общем, довольно логичным вопросом: с какого расстояния приходят к нам эти вспышки? Для этого они воспользовались стандартным методом измерения так называемой меры дисперсии, основанном на том, что радиоволны разных частот с разной скоростью пересекают космическое пространство, поскольку взаимодействуют с находящимися там электронами и тормозятся. Причем чем выше частота волны (или, что то же самое, энергия фотона), тем меньше она тормозится и, соответственно, тем быстрее летит. И чем больше становится пройденное расстояние, тем больше запаздывает низкочастотная часть сигнала от высокочастотной. Мера дисперсии в данном случае — параметр, характеризующий величину этого запаздывания и позволяющий ученым в конечном итоге оценить расстояние до источника сигнала.
Местоположение четырех последних FRB на июль 2013 года обозначено красными звездочками.. Изображение: MPIfR / C. Ng; Science / D. Thornton et al
Меры дисперсии FRB оказались довольно крупными, — это говорит о том, что источники находятся далеко за пределами нашей галактики. Это бы еще ничего, хотя воображение поражает мощность источников. Ученых поразило то, что, как выяснилось, все зафиксированные ими меры дисперсии оказались кратными числу 187,5. И, если верить своим глазам и радиотелескопам, у астрофизиков получается, что все источники быстрых радиоимпульсов находятся от нас на кратных друг другу расстояниях, словно электроны в атоме Бора, летающие по квантованным орбитам.
Ситуация невероятная. Точнее, по словам авторов, ее вероятность исчисляется пятью сотыми процента (если считать ее случайным совпадением). «Если такая упорядоченность существует в реальности, то это очень, очень трудно объяснить», — утверждает Джон Ленд (John G. Learned) из Гавайского университета в Маноа, один из авторов статьи.
Невозможные возможности
Краткость радиовспышек говорит о том, что они, возможно, излучаются объектами небольших размеров — максимум несколько сотен километров в диаметре. Таким параметрам лучше всего соответствуют пульсары или иные сверхплотные звезды пока неизвестного типа. Пульсары тоже излучают радиоволны — но, во-первых, далеко не той мощности, а во-вторых, они никак не вписываются в модель с дискретным расположением в пространстве. Единственное, что хоть как-то говорит в пользу сверхплотных звезд, — то, что их физика неизвестна, а значит — может быть всякое.
Пульсар в центре Крабовидной туманности.. Фото: J. Hester et al./ ASU / HST / NASA
Сами авторы гипотезу внегалактического происхождения быстрых радиовспышек считают несостоятельной, главным образом по той причине, что они не нашли в их спектрах характерной «подписи», которую оставляет межгалактическая пыль. Они утверждают, что эти вспышки производятся внутри нашей галактики. Правда, остается проблема слишком большого запаздывания их длинноволновых частей. Меры рассеяния сигналов, возникших внутри Млечного Пути, колеблются в диапазоне величин от 32 до 48, здесь же речь идет о значениях во много сотен единиц (от 375 до 1687,5). Возможно, считают авторы, запаздывание увеличивают какие-то пока неизвестные факторы, работающие в галактике Млечный Путь.
В качестве еще одной версии авторы высказывают предположение о земном происхождении импульсов, — например, это могут быть сигналы, идущие от спутников-шпионов и закамуфлированные под внеземные. К такому выводу ученые пришли из-за отдаленного сходства этих сигналов с так называемыми перитонами — недавно обнаруженными загадочными радиоимпульсами, имеющими вполне земное происхождение — непонятно только, искусственное или естественное.
Перитоны объединяет с FRB размазанность частот: их коротковолновая часть так же появляется и исчезает быстрее, чем длинноволновой хвост. И если перитоны имеют искусственное происхождение, то есть являются произведением рук человеческих, тогда и наши радиосигналы могут быть их модификацией.
По уровню причудливости все эти версии представляются в равной степени экстравагантными, и идея об инопланетянах в этом смысле стоит с ними почти в одном ряду. До сравнительно недавнего времени — в сущности, до сегодняшнего дня предполагать деятельность инопланетной цивилизации в качестве объяснения какого-нибудь таинственного астрономического эффекта считалось в среде серьезных исследователей моветоном. Если такое предположение все-таки звучало, это значило, что деваться просто некуда и его автор даже в страшном сне не может придумать подходящего объяснения.
Австралийский радиотелескоп Паркс, на котором было зафиксировано четыре быстрых радиоимпульса.. Фото: EPA / ТАСС
Что в данном случае и произошло, — Хиппке фактически заявил, что за его открытием стоят либо совершенно неизвестные нам законы физики, либо… инопланетяне. «Если наше открытие подтвердится, придется разбираться с чем-то действительно интересным. Это будет или новая физика, или новый вид пульсаров, или, если уж не исключать никаких вариантов, даже внеземной разум», — сообщил ученый в интервью британскому изданию New Scientist.
По поводу еретических законов
Авторы статьи — не первые, кто заметил, что со Вселенной происходит что-то дискретное. Об этом на протяжении трех десятков лет говорил астрофизик и космолог из Дубны Альберт Чечельницкий (1935-2011). В прошлом веке он обратил внимание на то, что размеры орбит, по которым планеты движутся вокруг Солнца, отличаются друг от друга в целое число раз — или, говоря языком Хиппке, имеют общий множитель. Из этого обстоятельства, которое вполне может быть и простым совпадением, он вывел целую теорию, предположив, что подобие квантовой механики существует и в астрономических масштабах, и назвал ее «Концепция мегаволновой Вселенной».
Теория оказалась на вид вполне еретической: она приводила к существованию сверхсветовых скоростей, отрицала наличие Большого взрыва и тому подобное, поэтому научное сообщество не обратило на нее никакого внимания, хотя некоторые выводы, сделанные Чечельницким, впоследствии блистательным образом подтвердились. Так, задолго до того, как в центре Млечного пути была обнаружена сверхмассивная черная дыра, он предсказывал наличие там сверхмассивного объекта (существование черных дыр его теория тоже отрицает). Предсказал он также и наличие особых зон на границах Солнечной системы, обнаруженных «Вояджерами», известных ныне под названием границы ударной волны, и даже точно указал их расстояние от Солнца.
Диаграмма, изображающая положение «Вояджера-1» в гелиосферной мантии.. Изображение: NASA
Не наше дело судить о верности теории Чечельницкого, — мы упомянули о ней лишь потому, что по экстравагантности она вполне укладывается в ряд версий, предложенных группой Хиппке, и тоже говорит о дискретности Вселенной.
Однако есть еще одна версия, о которой предупреждает и группа Хиппке. В ближайшее время следует ожидать обнаружения новых быстрых радиоимпульсов, и если хоть один из них не окажется на квантованном расстоянии с множителем 187,5, то все построение рухнет, а теория вероятностей начнет сатанински над нами хохотать.
Супербакены суперцивилизации
Осторожного упоминания Хиппке об инопланетянах хватило, чтобы именно эта версия была подхвачена журналистами и тут же попала в заголовки множества СМИ — желтых, среднежелтых и даже вполне серьезных, таких, например, как New Scientist. Заговорили об обнаруженной коммуникационной сети суперцивилизаций, или о своеобразных бакенах, расставленных по Вселенной для удобства межгалактической навигации. Естественно, расставлены эти супербакены инопланетянами куда более развитыми, чем мы, потому что свечки такой мощности мы делать еще не научились да и межгалактического транспорта пока не имеем.
По шкале советского радиоастронома Николая Кардашева, существующей с 1964 года, цивилизации, способные на такое, относятся ко второму или даже третьему типу технологического развития. Напомним: по этой шкале цивилизация первого типа использует все энергетические ресурсы, имеющиеся на их планете, цивилизация второго типа обуздывает всю энергию своей звезды, тогда как цивилизация третьего типа умеет пользоваться энергией всей галактики. Мы, по этой классификации, не достигли даже первого, самого низкого уровня.
То, что СМИ ухватились именно за эту версию, вполне понятно: зеленые человечки, пусть даже и очень далекие, народу куда ближе, чем какая-то неизвестная и суперголоволомная физика. Тем более что благодаря бурно развивающейся телескопной технике ученые обнаружили в крошечном секторе неба множество планет, среди которых попадаются потенциально обитаемые. По некоторым очень приблизительным оценкам, число обитаемых планет в галактике может исчисляться сотнями миллионов и даже миллиардами.
На всякий случай следует приготовиться
К сожалению (или к счастью), встреча с братьями по разуму в обозримом будущем вряд ли возможна. Но ученые начинают к ней готовиться загодя. Примеры тому — уже упомянутая классификация Кардашева более чем полувековой давности или совсем недавнее исследование инженеров американской оборонной корпорации Raytheon. Они заявили о возможности засечь корабль инопланетян, движущийся с околосветовой скоростью.
Сдвиги в спектре реликтового излучения при увеличении скорости космического корабля.
Весь фокус в том, что при перемещении корабля сквозь пространство на такой скорости он будет сталкиваться с фотонами космоса. Они превратятся в гамма-излучение высокой энергии, которое при столкновении с ним начнет образовывать электрон-позитронные пары, и на это кораблю придется тратить массу энергии, чтобы не тормозить. Расчеты инженеров оборонной фирмы показывают, что энергетические потери можно существенно снизить, двигаясь с постоянной и как можно более близкой к световому пределу скоростью. Они даже рассчитали оптимум: скорость корабля должна отличаться от световой на 3,3 квадрильонной доли процента. Однако при этом аппарат потеряет невидимость и будет выдавать себя специфическим сдвигом частот в спектре реликтового излучения в том месте, где он пролетает. Этот сдвиг может быть обнаружен уже существующей на Земле техникой.
Неожиданное открытие
Когда статья была уже готова к выпуску, в СМИ появилось неожиданное сообщение на тему перитонов. Группа американских и австралийских ученых утверждает, что им удалось разгадать природу перитонов и, более того, самостоятельно их генерировать. Шпионские спутники оказались ни при чем. Смешно сказать, но источником перитонов оказались обыкновенные микроволновки. Если микроволновка находится в конкретном месте рядом с радиотелескопом, а человек открывает ее не вовремя, она издает «радиокрик», в точности соответствующий загадочному перитону, — и телескоп этот крик слышит. Только вот сигналы, подобные быстрым радиоимпульсам, микроволновки издавать не могут. Из этого и других особенностей таинственных сигналов ученые уверенно сделали вывод об их внеземном и даже внегалактическом происхождении.