شناسایی شواهدی از انفجارهای رادیویی کیهانی در فاصله ۳ میلیارد سال نوری از زمین
اخترشناسان از دو مورد از بزرگ‌ترین تلسکوپ‌های رادیویی جهان برای کشف دومین نمونه‌ی شناخته‌شده از نوع جدیدی از انفجارهای رادیویی سریع (FRB) استفاده کرده‌اند. انفجارهای رادیویی سریع یا FRBها به دسته‌ای از انفجارهای مرموز و بسیار قدرتمند امواج رادیویی اطلاق می‌شود که به‌طور دائم و هزاران بار طی هر روز در نقاط مختلف کیهان طنین‌انداز می‌شوند.
FRB جدید که با نام FRB 190520 شناخته شده، شاهدی قوی بر این مدعا است که منبع این سیگنال‌های رازآلود لزوماً یک شیء منفرد کیهانی نیست و اجرام کیهانی متعددی می‌توانند عامل سیگنال باشند.
جرم جدید کیهانی که از آن صحبت به میان آمد، دومین مورد شناسایی‌شده‌ای در نوع خود است که نه‌تنها FRBهای تکراری تولید می‌کند، بلکه منبع ثابتی از تشعشعات ضعیف‌تری را نیز در بین گسیل‌های متعدد خود منتشر می‌کند. ماهیت این سیگنال به‌تفصیل در مقاله‌ای در هشتم ماه ژوئن سال ۲۰۲۲ در مجله Nature منتشر شد، شرح داده شده است.
انفجارهای رادیویی سریع برای اولین بار در سال ۲۰۰۷ میلادی شناسایی شدند. این انفجارها در تنها چند میلی‌ثانیه انرژی بیشتری نسبت به انرژی تولیدشده در خورشید در یک سال، از خود ساطع می‌کنند. اخترشناسان برای مدت‌ها در مورد منبع این جرقه یا فوران‌های درخشان ناگهانی در شگفتی بوده‌اند و طبعاً در پی کشف دقیق‌تر عامل آن‌ها برآمده‌اند. اما ازآنجاکه این سیگنال‌ها عمدتاً از کهکشان‌های واقع در میلیون‌ها یا حتی میلیاردها سال نوری دورتر از سیاره‌ی ما ساطع می‌شوند و از سویی هم به‌سرعت و اغلب فقط یک بار تابیده می‌شوند (فوران‌های ناگهانی و یکباره)، شناسایی منابع آن‌ها بسیار چالش برانگیز است.
در سال ۲۰۲۰، اولین کشف یک FRB در کهکشان خودمان، دانشمندان را قادر ساخت تا منشأ آن را در یک مگنتار ردیابی کنند. مگنتارها به پوسته‌‌های بیرونی بسیار مغناطیسی‌شده و دارای سرعت چرخش سریع یک ستاره‌ی مرده گفته می‌شود. این اجرام درواقع نوع خاصی از ستاره‌های نوترونی به‌شمار می‌روند؛ اجساد ستاره‌ای بسیار چگال بازمانده از انفجارهای ابرنواختری.
مگنتارها معمولاً میدان‌های مغناطیسی غیرعادی قوی‌تری دارند که قدرتشان گاهی تا تریلیون‌ها بار بیشتر از میدان مغناطیسی زمین می‌رسد. اما یک نکته‌ی جالب توجه وجود دارد: دانشمندان مطمئن نیستند که همه‌ی FRBها لزوماً از مگنتارها سرچشمه بگیرند.
نکته‌ی عجیب‌تر دیگر این است که برخی فوران‌های FRBها تکرار می‌شوند. این تکرارها گاهی اوقات در قالب یک انفجار کوتاه و گاهی اوقات به شکل چندین تکرار پراکنده رخ می‌دهد. از بین FRBهای تکراری یادشده، اولین و فعال‌ترین مورد، FRB 121102 است. این منبع ناشناخته در یک کهکشان کوتوله در فاصله‌ی ۳ میلیارد سال نوری از ما قرار دارد و امواج رادیویی را از یک منطقه‌ی فشرده در یک چرخه ۱۵۷ روزه ساطع می‌کند.
امواج به‌طور متناوب به‌مدت ۹۰ روز شامل انفجارهای رادیویی قوی و تکرارشونده و به‌مدت ۶۷ روز هم دربردارنده‌ی انتشارهای رادیویی ملایم‌تر و ضعیف‌تر هستند. FRB 121102 در نوع خود بسیار فعال است؛ تا جایی که در یک بازه زمانی ۴۷ روزه شمار ۱۶۵۲ فوران یا تابش ناگهانی را گسیل می‌کند. این فعالیت به‌حدی شدید بوده که برای مدتی ستاره‌شناسان بر این باور بودند که شاید فعالیت FRB یادشده یک مورد استثنایی یا منحصربهفرد باشد. چنین باوری تا زمان حال و پیش از انتشار مقاله‌ی اخیر در نیچر کماکان پذیرفته‌شده بود.
محققان اولین دید اجمالی خود از انفجار رادیویی سریع جدید با نام FRB 190520 را با استفاده از تلسکوپ رادیویی کروی با دیافراگم پانصد متری چین (FAST) انجام دادند. FAST تأیید کرد که جرم دور مورد بحث فوران‌های رادیویی مکرر و متناوبی را منتشر می‌کند و مشاهدات بعدی که با آرایه‌ی تلسکوپی بسیار بزرگ نیومکزیکو (VLA) انجام شد نیز مکان آن را مشخص کرد. دانشمندان دریافتند که منبع انفجارهای مکرر، بسیار شبیه به خویشاوند اول خود، در یک کهکشان کوتوله در فاصله‌ی تقریباً ۳ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد. VLA همچنین تأیید کرد که منبع FRB 190520 کوچک و فشرده است و در قالب فوران‌های بزرگتر، انتشارات رادیویی ضعیف‌تری را منتشر می‌کند.
دانشمندان بر این باورند که شناسایی FRB دوم با رفتاری مشابه با اولی سوالات مهمی را پیش روی ما می‌گذارد و احتمال وجود دو نوع FRB متفاوت را تقویت می‌کند. شیتی آگاروال، یکی از نویسندگان این مطالعه، ستاره‌شناس از دانشگاه ویرجینیای غربی در بیانیه‌ای گفت:
آیا مواردی از انفجارهای رادیویی که تکرار می‌شوند با آن‌هایی که تکرار نمی‌شوند متفاوت هستند؟ در مورد انتشار مداوم رادیویی چطور؟ آیا این هم امری رایج است؟
اخترشناسان بر این باورند که یا دو یا چند مکانیسم کاملاً متفاوت برای تولید این تابش‌های کیهانی خیره‌کننده وجود دارد؛ یا اینکه شاید انفجارها توسط اجرامی ایجاد می‌شوند که در مراحل بسیار متفاوتی از تکامل کیهانی خودشان قرار دارند.
برخی شواهد غیرمستقیم فرضیه‌ی دوم را تأیید می‌کنند. ازآنجاکه FRBها اغلب به‌صورت پالس‌های منفرد از یک منشأ ناشناخته می‌رسند، اخترشناسان معمولاً فاصله‌ی آن از زمین را با اندازه‌گیری میزان فاصله‌ی ایجادشده میان امواج رادیویی ساطع‌شده از FRB توسط فرکانس (مانند نور پس از عبور از منشور)، تخمین می‌زنند. امواج هرچه بیشتر با الکترون‌های آزاد در فضا رو‌به‌رو شوند، اتفاق فوق برایشان بیشتر رخ خواهد داد. اثر تشریح‌شده در اینجا باعنوان پراکندگی شناخته می‌شود و حدس تقریبی خوبی را پیرامون میزان مسافت طی‌شده توسط فوران‌های رادیویی قبل از رسیدن به تلسکوپ‌های زمین دراختیار اخترشناسان قرار می‌دهد؛ البته با این فرض که الکترون‌های آزاد به‌طور نسبتاً مساوی در فضا توزیع شده‌اند.
مقاله‌های مرتبط:ستاره‌شناسان نخستین‌بار منشا فوران‌های رادیویی سریع را در راه شیری مشخص کردندکشف سیگنال‌هایی تکرارشونده از اعماق فضا؛ فرازمینی‌ها به ما پیام می‌دهند؟
اما امکان ردیابی محل منبع FRB 190520 یک عدم تطابق عجیب را هم نشان داد. امواج رادیویی فرارسیده از جسم فرضی ساطع‌کننده‌ی آن به اندازه‌ای پراکنده بوند که بایستی طبق برآوردها از فاصله‌ای حدود ۸ تا ۹/۵ میلیارد سال نوری به زمین رسیده باشند؛ اما اخترشناسان با مطالعه‌ی جابه‌جایی داپلر یا کشیدگی طول موج امواج رادیویی ناشی از انبساط کیهان، با دقت بیشتری این جسم را بررسی کرده و درنهایت محل آن را در فاصله‌ای کمتر از ۳ میلیارد سال نوری از زمین برآورد کردند. آگاروال می‌گوید:
این بدان معنا است که مواد زیادی در حوالی FRB وجود دارد و می‌تواند هرگونه تلاش برای استفاده از آن به‌منظور اندازه‌گیری گاز بین کهکشان‌ها را مغشوش کند. اگر در سایر موارد همچنین باشد، پس ما نمی‌توانیم روی استفاده از FRBها به‌عنوان معیارهای کیهانی حساب کنیم.
ابرهای الکترونی متراکم غیرمعمول در اطراف FRB اخیر می‌تواند نشان دهد که منبع آن یک مگنتار تازه‌متولدشده است و هنوز تحت تأثیر مواد انفجار ابرنواختری ایجادکننده‌ی آن قرار دارد و درواقع با آن‌ها پوشانده شده است. اما محققان برای اطمینان از این گمان به اندازه‌گیری‌های بیشتری نیاز دارند.
سارا بورک-اسپولاور، یکی از نویسندگان مقاله و استادیار پژوهشی می‌گوید:
عرصه‌ی مطالعه‌ی امواج رادیویی سریع در حال حاضر به‌سرعت رو به پیشرفت است و اکتشافات جدید هر ماه منتشر می‌شود. بااین‌حال، هنوز سوالات بزرگی پیش روی ما باقی است و این جرم سرنخ‌های چالش برانگیزی درمورد سؤالات به ما خواهد داد.
کشف انفجارهای رادیویی در فاصله‌ی سه میلیارد سال نوری از زمین حاکی از این است که انفجارهای رادیویی سریع یک دلیل مشخص و منحصربهفرد ندارند.