شناسایی ماهیت انفجارهای رادیویی سریع در کیهان

انفجار رادیویی سریع (FRB) از  مرموزترین سیگنال‌هایی به شمار می‌رود که تا به امروز از فضا قابل‌شناسایی بوده‌اند. آن‌ها فقط به مدت چند میلی‌ثانیه ادامه پیدا می‌کنند؛ اما در همین دوره‌ی کوتاه زمانی، مقدار انرژی برابر با تمام انرژی تولیدی خورشید در یک روز تولید می‌کنند و ما هیچ ایده‌ای درباره‌ی اینکه آن‌ها از کجا به وجود آمده‌اند، نداریم.

ما تا به حال فقط تعداد انگشت‌شماری از این رویدادهای عجیب را شناسایی کرده‌ایم و تنها از طریق انتشار امواج رادیویی توانسته‌ایم موفق به انجام این کار شویم. اما برای اولین بار، گروهی از محققان اعلام کرده‌اند که موفق به ردیابی و شناسایی مقادیر عظیمی از پرتوهای گاما شده‌اند. پرتوهای گاما امواجی با مقدار انرژی بالا در انتهای مخالف طیف الکترومغناطیسی -در قسمت امواج رادیویی- بوده و با انفجارهای رادیویی سریع در ارتباط هستند.

اگر گفته‌ی فوق تائید شود؛ باید آن را به عنوان بزرگ‌ترین سرنخی که در طول تاریخ درباره‌ی سرچشمه‌ی این سیگنال‌های مرموز به دست آمده است به شمار آوریم. از FRB‌-ها اغلب به نام سوت‌های کیهانی یاد می‌شود. چراکه ما تنها با تلسکوپ‌های رادیویی قادر به «شنیدن» آن‌ها بوده‌ایم. تا همین اواخر، ما هرگز هیچ نشانه‌ای از آن‌ها در هیچ بخشی از طیف الکترومغناطیسی مشاهده نکرده بودیم. به نظر نمی‌رسد که آن‌ها توانایی تابش اشعه‌ی ایکس و همچنین نور مرئی را داشته باشند. شما در فیلم ثبت‌شده‌ی زیر می‌توانید مشاهده کنید که یک FRB به چه شکلی شنیده می‌شود:

با وجودی که این وقایع به‌شدت انفجاری هستند، اما باید توجه داشته باشیم پدیده‌ی FRB برای اولین بار در سال ۲۰۰۷ تشخیص داده شد و سیگنال‌های ناشی از آن به‌قدری شدید و عجیب بودند که یک سال به طول انجامید تا محققان بتوانند روی این موضوع به توافق برسند که آیا آنچه آن‌ها شناسایی کرده‌اند واقعا یک پدیده‌ی کیهانی بوده است یا خیر. در واقع آن‌ها درباره‌ی اینکه شاید همه‌ی آن سیگنال‌ها به خاطر وجود ایرادی فنی در یکی از ابزارها به وجود آمده باشد بسیار کنجکاو بودند.

از آن زمان تا به امروز محققان تخمین زده‌اند که حدود ۲ هزار مورد از این انفجارهای رادیویی سریع هر روز در سراسر جهان هستی به وجود می‌آیند. اما بخشی از مشکل ما در زمینه‌ی شناسایی و ردیابی آن‌ها، مربوط به قرار داشتن تلسکوپی در جای مناسب و در زمان مناسب به‌منظور ثبت و شناسایی آن‌ها می‌شود. این در حالی است که به خاطر وجود مشکل یادشده، ما از ماه فوریه سال جاری تا به امروز، تنها توانسته‌ایم ۱۷ مورد از این رویدادها را ردیابی و ثبت کنیم.

ستاره‌شناسان برای اینکه پی ببرند این انفجارها به طور دقیق از چه طریقی به وجود آمده‌اند، به شدت در تلاش هستند تا شواهدی از انفجارهای رخ‌داده در سراسر بخش‌های دیگر گستره‌ی طیف الکترومغناطیسی نیز پیدا کنند.

در حال حاضر یک تیم از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا به سرپرستی دانشجوی مقطع دکترا جیمز دولونه (James DeLaunay) مشغول انجام پژوهش در این زمینه هستند و به نظر می‌رسد که با استفاده از ماهواره‌ی مداری سویفت ناسا، توانسته باشند به پاسخ سؤال فوق نزدیک شوند.

در ۴ نوامبر سال ۲۰۱۳، این ماهواره به طور اتفاقی در مسیری قرار داشت که یک تلسکوپ رادیویی واقع در استرالیا در رصدخانه‌ی پارکز نیز به طور هم‌زمان مشغول ردیابی همان مسیر بود.

در آن روز، تلسکوپ پارکز یک FRB را شناسایی کرده بود. در ادامه و پس از بررسی بیشتر داده‌ها، دولونه و تیم او متوجه شدند که سویفت نیز یک انفجار با آزادسازی پرتوی گاما را در همان مکان و هم‌زمان با رصدخانه ثبت کرده است. دولونه درباره‌ی این رویداد چنین توضیح داد:

من این جستجو را برای همتایان انفجارهای رادیویی سریع و بدون اینکه انتظاری برای پیدا کردن هر چیز خاصی داشته باشم، آغاز کردم. این انفجار در واقع نخستین باری بود که از آن دیتاهایی به دست آوردیم که تا حدودی قابل تجزیه و تحلیل بودند. هنگامی که دیدم این انفجار مکمل‌هایی از نوع پرتوهای گاما از خود نشان می‌دهد، به هیچ وجه باور نمی‌کردم که به چه موفقیتی رسیده‌ام!

محققان در گذشته پیش‌بینی کرده بودند که انفجارهای رادیویی سریع نیز ممکن است اشعه‌ی گاما آزاد کنند. اما هیچ‌کسی انتظار آنچه که دولونه و گروهش یافته‌اند را نداشت. انتشار اشعه‌ی گاما که به همراه انفجار FRB 131104 آزاد شده بود، به مدت ۲ تا ۶ دقیقه به طول انجامید که این زمان از مدت چند میلی‌ثانیه‌ای که تابش‌های رادیویی طول می‌کشند، بسیار بیشتر است.

از سویی سیگنال‌های منتشر شده هم بسیار گیراتر از آن چیزی بودند که کسی تا به حال پیش‌بینی کرده باشد. تشعشع پرتوهای گاما دارای درخششی به مراتب بیشتر از امواج رادیویی بوده و کاملا آنها را تحت‌الشعاع خود قرار می‌دادند؛ اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم به مقدار یک میلیارد برابر قوی‌تر از آنها.

این امر باعث می‌شود تا رویدادهای یاد شده هم از آنچه که ما تصور می‌کردیم انفجاری‌تر بوده و برای رقابت با قدرت عظیم انفجاری ستاره‌های ابرنواخترها به اندازه‌ی کافی قدرتمند باشند. پژوهش اخیر همچنین نشانه‌هایی را برای پی بردن به ماهیت برخی رویدادهای نجومی بسیار قابل توجه و تاثیرگذاری که می‌توانند در پشت این انفجارهای سریع باشند، پیش روی دانشمندان می‌گذارد.

قبل از کشف اخیر، به طور معمول دو ایده‌ی کلی درباره‌ی اینکه انفجارهای سریع رادیویی به چه طریقی می‌توانند پرتوهای گاما را تولید کنند، مطرح شده بود. یکی از ایده‌ها این بود که سیگنال‌های مذکور توسط پراکندگی‌های ناگهانی مغناطیسی ناشی از مگنتارها به وجود آمده‌اند؛ گفتنی است که مگنتارها به ستاره‌های نوترونی با خاصیت مغناطیسی بسیار زیادی گفته می‌شوند که بقایای متراکم از ستاره‌ی فروپاشیده هستند.

ایده‌ی دیگر این بود که انفجارهای سریع رادیویی، زمانی روی می‌دهند که دو ستاره‌ی نوترونی با هم برخورد می‌کنند و به شکل گرفتن یک سیاه‌چاله منجر می‌شوند. اطلاعاتی که اخیرا به دست آمده‌اند ما را به سوی یک ایده‌ی جدید سوق می‌دهند. یکی از اعضای این تیم، کوهتا موراس (Kohta Murase)  در این باره می‌گوید:

 انتشار انرژی که ما در اینجا می‌بینیم برای مدل مغناطیسی چالش‌برانگیر است؛ مگر اینکه انتشارها در فاصله‌ی نسبتا نزدیکی روی داده باشند.

در حالی که زمانبندی طولانی انتشار اشعه‌ی گاما در هر دو مدل قبلی کاملا نامعمول و دور از انتظار بود، اما این امر می‌تواند در یک رویداد ادغام ممکن باشد. این به شرطی خواهد بود که ما ادغام را از یک سو و با یک حالت خارج از محور ببینیم.

حتی اگر چنین فکر کنیم که ایده‌ی فوق تا حدودی هیجان‌انگیز و اغراق شده است؛ به هر حال به ما پیشنهاد می‌کند که گزینه‌ی سومی هم به جز دو ایده‌ی اولیه می‌تواند وجود داشته باشد. یکی از محققان به نام درک فاکس (Derek Fox) در این باره چنین توضیح داده است:

 در واقع می‌توان گفت انرژی و زمانبندی انتشار اشعه‌ی گاما یک گزینه‌ی بهتر و هماهنگ‌تر برای برخی از انواع ابرنواخترها یا همچنین برای برخی از ابرافزایش‌های سیا‌ه‌چاله‌ای به ثبت رسیده توسط سویفت محسوب می‌شود.

مشکل این است که در حال حاضر هیچ مدلی وجود ندارد که پیش‌بینی کند ما در یکی از موارد فوق می‌توانیم انفجار رادیویی سریع را شاهد باشیم. هنوز هم موارد بسیاری وجود دارند که ما چیزی درباره‌شان نمی‌دانیم. از سویی هم آخرین یافته‌ی دانشمندان در زمینه‌ی پراکندگی ناگهانی پرتوی گاما هنوز نیاز به تائید و صحه‌گذاری دارد و ما نباید فعلا بیش از حد در این باره هیجان‌زده باشیم.

لازم به ذکر است که پیش‌تر نیز پیرامون موارد مرتبط با انفجارهای رادیویی سریع، آگاهی‌های ناصحیحی وجود داشته است. اما به هر حال کارشناسان در حال حاضر با احتیاط هیجان‌زده هستند. ستاره‌شناس کتی مک (Katie Mack) از دانشگاه ملبورن که در تحقیق شرکت نداشته، در صفحه‌ی فیس‌بوک خود در این مورد چنین نوشته است:

این مورد واقعا می‌تواند گزینه‌ای درست و مبتنی بر واقعیت باشد. اگر صحت آن تائید شود؛ به این معنی خواهد بود که FBR-ها در حقیقت، انفجارهای فوق‌العاده شدید از جهان‌های بسیار دور هستند. می‌توان چنین فکر کرد؛ چیزی در راستای مسیر یک ستاره‌ی منفجرشده در کهکشانی دیگر و در زمانی بالغ بر میلیاردها سال پیش که نور ناشی از آن هم اکنون به ما می‌رسد.

حتی ممکن است انواع متعددی از انفجارهای رادیویی سریع وجود داشته باشند و نیاز باشد که هر یک از آنها را شناسایی کنیم.

گام بعدی برای محققان این است که به جستجو برای هر گونه شواهدی از این رویدادها در کل گستره‌ی هر یک از بخش‌های دیگر طیف الکترومغناطیسی نیز بپردازند که از این میان می‌توان به پرتوهای دارای عمرطولانی ایکس یا گسیل‌های نوری اشاره کرد. هم اکنون تیم دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا در حال آماده‌سازی شرایط برای انجام همین تحقیقات هستند. دولونه در این باره می‌گوید:

در حالت ایده آل، این تلاش‌ها به زودی پس از شناسایی یک انفجار  شروع می‌شود و تا چند هفته پس از آن ادامه پیدا می‌کند تا به این ترتیب مطمئن شویم هیچ چیزی را از دست ندهیم. شاید در آزمایش‌های دفعه‌ی بعد خوش‌شانس‌تر هم باشیم.

به هر صورت ما باید منتظر بمانیم و ببینیم که تیم پژوهشی در ادامه به چه یافته‌هایی خواهند رسید. در پایان باید اشاره کنیم که مقاله‌ی مرتبط با این پژوهش در ژورنال Astrophysical Journal Letters به انتشار رسیده و نسخه‌‌ای از آن نیز به طور رایگان در دسترس است. شما می‌توانید برای مشاهده‌ی این مقاله به پایگاه arXiv.orgمراجعه کنید.