ماهیت ناشناخته انفجارهای رادیویی کیهانی

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

یکی از مرموزترین پدیده های کیهانی انفجارهای سریع رادیویی است. این سیگنال‌های رادیویی کوتاه و چند میلی‌ثانیه‌ای با ماهیت ناشناخته هستند که از آزاد شدن مقدار زیادی انرژی ناشی می‌شوند. بیش از یک دهه از کشف آنها می گذرد، اما اخترفیزیکدانان هنوز در تلاش برای کشف مکانیسم های وقوع آنها هستند. محققان ستاره‌های نوترونی، سیاه‌چاله‌ها و حتی فرستنده‌های تمدن‌های بیگانه را به عنوان منابع احتمالی ذکر می‌کنند.

سیگنال های مرموز

با انفجارهای رادیویی سریع، در میلی ثانیه، به همان اندازه انرژی آزاد می شود که خورشید طی چند ده هزار سال ساطع کرده است. فرضیه اصلی این است که آنها توسط رویدادهای فاجعه آمیز مانند ادغام دو ستاره نوترونی، فلاش ناشی از تبخیر یک سیاهچاله یا تبدیل یک تپ اختر به سیاهچاله ایجاد می شوند. برای مدت طولانی، اعتقاد بر این بود که انفجارهای رادیویی فقط یک بار می توانند رخ دهند، اما در سال 2015 کشف شد که انفجار رادیویی سریع ثبت شده قبلی FRB 121102 به صورت غیر دوره ای تکرار می شود.

FRB 121102 در یک کهکشان کوتوله در فاصله سه میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد و برای چندین سال تنها منبع شناخته شده انفجارهای رادیویی مکرر، با وجود جستجوهای دقیق، باقی ماند. با این حال، در ژانویه 2019، مقاله ای توسط دانشمندان از همکاری کانادایی CHIME در مجله Nature ظاهر شد که در آن در مورد ثبت مجدد سیگنال ها از منبع دیگری - 180814. J0422 + 73 گزارش شده است. تلسکوپ رادیویی تداخل سنجی CHIME (آزمایش نقشه‌برداری شدت هیدروژن کانادا) شش انفجار رادیویی سریع را ثبت کرده است که از کهکشانی در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری از ما رخ داده است.

سیگنال‌ها در ساختار فرکانس و ویژگی‌های طیفی‌شان شبیه سیگنال‌های FRB 121102 هستند که نشان‌دهنده مکانیسم مشابهی از شکل‌گیری آنها و ماهیت یکسان منبع است. این کشف نشان دهنده وجود نوع جداگانه ای از انفجارهای سریع رادیویی است که دقیقاً به دلیل تکرار آنها نمی تواند ناشی از رویدادهای فاجعه بار باشد.

کهکشان خاموش

در آگوست 2019، یک تیم بین المللی از دانشمندان برای اولین بار منبع یک انفجار رادیویی سریع FRB 180924 را شناسایی کردند که از کهکشانی در فاصله چهار میلیارد سال نوری از ما سرچشمه گرفت.

با استفاده از تداخل سنج رادیویی ASKAP واقع در استرالیا، اخترشناسان محل منبع FRB را تعیین کردند و سپس با تجزیه و تحلیل داده های تلسکوپ های زمینی نوری Gemini، Keck و VLT، فاصله تا آن را محاسبه کردند. معلوم شد که شعله رادیویی در کهکشانی عظیم به اندازه کهکشان راه شیری در فاصله 13 هزار سال نوری از مرکز آن رخ داده است. یکی از ویژگی های کهکشان عدم وجود فرآیندهایی برای تولد ستاره های جدید است.

این برخلاف سیگنال تکراری FRB 121102 است که در ناحیه تشکیل ستاره فعال قرار دارد. بنابراین، انفجارهای رادیویی سریع منفرد و تکراری باید منشأ متفاوتی داشته باشند. در مورد FRB 121102، به نظر می رسید که سیگنال رادیویی از یک میدان مغناطیسی قدرتمند در اطراف یک مگنتار، نوع خاصی از ستاره نوترونی عبور می کند.

به زودی، اخترشناسان مؤسسه فناوری کالیفرنیا در ایالات متحده کشف یک انفجار رادیویی سریع دیگر FRB 190523 را گزارش کردند که همچنین در یک محیط نسبتاً آرام - در کهکشانی مشابه کهکشان راه شیری و 7.9 میلیارد سال نوری فاصله دارد. از زمین.

هر دوی این اکتشافات این را رد می کنند که انفجارهای رادیویی سریع فقط در کهکشان های کوتوله جوانی که دارای تعداد زیادی مگنتار هستند می توانند رخ دهند.

هشت دوقلو

در آگوست 2019، مقاله ای توسط CHIME با همکاری کانادایی در مخزن پیش چاپ arXiv.org ظاهر شد که تشخیص هشت سیگنال رادیویی تکرار شونده را گزارش می کرد. دو منبع سیگنال های رادیویی - FRB 180916 و FRB 181119 - بیش از دو بار (به ترتیب ده و سه بار) چشمک زدند، بقیه سیگنال های رادیویی مکرر را فقط یک بار ارسال کردند، با طولانی ترین مکث بین ضبط امواج رادیویی 20 ساعت. به گفته محققان، این ممکن است نشان دهنده این باشد که بسیاری از FRB ها در واقع تکراری هستند، اما برخی فعال تر از بقیه هستند.

اکثر هشت انفجار رادیویی سریع جدید کاهش فرکانس سیگنال را با هر انفجار مکرر نشان دادند که ممکن است کلید درک مکانیسمی باشد که این پدیده ها را ایجاد می کند. علاوه بر این، FRB 180916 کمترین نرخ پراکندگی سیگنال را دارد که نشان دهنده نزدیکی نسبی منبع به زمین است. محققان نتیجه گرفتند که این می تواند به تعیین ماهیت انفجار رادیویی نیز کمک کند.

ستاره های جهنمی

در اواخر تابستان 2019، دانشمندان مرکز ملی رادیوآستروفیزیک در هند گزارش دادند که مگنتارها هنوز یکی از محتمل‌ترین منابع انفجارهای رادیویی سریع (حداقل موارد تکراری) هستند.

مگنتار غیرعادی XTE J1810-197 با تلسکوپ رادیویی غول پیکر Metrewave مشاهده شد. پالس‌های میلی‌ثانیه‌ای از گسیل رادیویی، شبیه فلاش‌هایی از تکرار FRB 180814. J0422 + 73 ضبط شد.

این مگنتار در فاصله 10 هزار سال نوری از زمین قرار دارد. در سال 2003 کشف شد و به تدریج انتشارات رادیویی را در سال 2008 متوقف کرد. با این حال، در سال 2018، شیوع جدیدی در آن رخ داد که آن نیز به تدریج شروع به محو شدن کرد. جالب توجه است که مگنتارها معمولاً گسیل رادیویی ساطع نمی کنند و XTE J1810-197 اولین منبع انتشار رادیویی از این نوع بود. نادر بودن این جسم، مانند انفجارهای مکرر رادیویی، دانشمندان را به این باور رسانده است که هر دو پدیده ممکن است به یکدیگر مرتبط باشند.

سوراخ پر سر و صدا

در سپتامبر 2019، اخترشناسان چینی گزارش دادند که فوران‌های رادیویی سریع تکراری (FRB) را از FRB 121102 شناسایی کرده‌اند. سیگنال‌ها با تلسکوپ رادیویی FAST 500 متری با گیرنده 19 پرتوی در استان گوئیژو شناسایی شدند. از پایان ماه اوت تا سپتامبر، بیش از 100 سنبله ثبت شد که یک رکورد در بین تمام FRB های ثبت شده است.

در آن زمان، دانشمندان شروع به این تصور کردند که FRB 121102 یک سیاهچاله بسیار پرجرم است که 10 تا 100 میلیون بار از خورشید فراتر می رود و میدان مغناطیسی قدرتمندی ایجاد می کند و یک ستاره نوترونی یا پلاسمای تحت تأثیر این چاله می تواند مستقیماً باشد. منبع شراره توضیح احتمالی دیگر این است که FRB 121102 یک پلریون مغناطیسی شده است، یک سحابی که توسط باد ستاره ای از یک تپ اختر سوخت می گیرد.

در حالی که انفجارهای رادیویی سریع تا کنون توضیح داده نشده است، داده های زیادی در سال 2019 به جامعه علمی ارائه شد که اخترشناسان را به راه حل نزدیک تر می کند. معلوم شد که FRB ها را می توان تکرار کرد، و آنها احتمالاً این کار را اغلب انجام می دهند. در این مورد، آنها توسط اجرام نسبتا عجیب و غریب مانند ستاره های نوترونی (تپ اخترها و مگنتارها) که در یک محیط بین ستاره ای مناسب قرار دارند، تولید می شوند. انفجارهای منفرد در شرایط کمتر متلاطم اتفاق می‌افتند: کهکشان‌هایی که تشکیل ستاره در آنها بسیار کند است. چنین پدیده هایی، به احتمال زیاد، واقعاً به دلیل فرآیندهای فاجعه بار رخ می دهند.