اخترشناسان در سال ۲۰۰۷ درخشش آنی امواج رادیویی‌ای را آشکارسازی کردند که زمان آن بسیار کوتاه‌تر از زمان پلک‌زدن^۱ بود. اکنون چنین علائمی را انفجارهای رادیویی سریع (FRBها) می‌نامند و تصور می‌شود که میلیاردها سال پیش در کهکشان‌های دوردست^۲ تولید شده‌اند. اگر این‌طور باشد، منابع FRBها باید به‌میزان غیرعادی‌ای پرانرژی باشد، کاملا محتمل است که برخلاف هر چیزی که تاکنون در کهکشان خودی رصد شده است، باشد. پیدا کردن محل دقیق کهکشان‌هایی که میزبان FRBها هستند، کلید رمزگشایی از منشاء این علائم است. همان‌طور که در نشریه نیچر آمده، راوی و همکاران^۳ کشف کهکشانی احتمالی برای میزبانی FRBها را گزارش کرده‌اند که پیش از رسیدن به زمین، شش میلیارد سال در سفر بودند. ویژگی‌های این کهکشان نشان می‌دهد که ویژگی تشکیل ستاره‌ای فعال برای ایجاد منبع FRB ضروری نیست. بیشینه دقیق برای تعیین «موقعیت» FRBها اعمال می‌شود: دانستن منشاء این علائم برای فهمیدن چگونگی ایجاد و تولید آنها ضروری است. همچنین اخترشناسان تاکنون ۱۰۰ منبع FRB^۲ را شناسایی کرده‌اند، موقعیت‌های تعیین‌شده برای این منابع در آسمان به‌طور معمول برای شناسایی کهکشان میزبان آنها بسیار نادرست است. تنها استثناء، اولین منبع FRB رصدشده برای تولید انفجارهای تکرارشونده است^۴. این منابع در ناحیه تشکیل ستاره‌ای در یک کهکشان کوتوله‌ی کوچک^۵ متمرکز شده‌‌ بودند. یافته‌ها، نظریه‌هایی را که منشاء FRBها را به بقایای بسیار متراکم انفجارهای ستاره‌ای قدرتمند، موسوم به ابرنواختر، نسبت می‌دهند، تایید می‌کنند. مثلا منشاء FRBهای تکرارشونده می‌تواند ستاره‌های نوترونی جوان و ابَرمغناطیده باشد، بقایای ناشی از رمبش ستاره‌های پرجرم^۶.

بااین‌حال، دیده نشده است که در بیشتر منابع FRB، انفجارهای تکرارشونده تولید شود. بنابراین اخترفیزیک‌دان‌ها این پرسش را مطرح کرده‌اند که آیا این رخدادهایی که فقط یک بار دیده شده‌اند منشاء متفاوتی از FRBهای تکرارشونده دارند یا خیر^۲. از دیدگاه کاربردی، بررسی FRBهایی که فقط یک بار دیده می‌شوند چالش بسیار بیشتری از FRBهای تکرارشونده دارد. رصدگر صبور درمورد FRBتکرارشونده، می‌تواند منتظر انفجارهای بیشتر بماند و موقعیت تعیین‌شده‌ی منبع را تصحیح کند. اما برای یافتن محل دقیق FRBهایی که یک بار رخ می‌دهند، به اطلاعاتی با دقت بالا هم‌زمان با رصد انفجار نیاز است. راوی و همکارنش بااستفاده‌از آرایه‌ای از ده بشقاب رادیویی نسبتاً کوچک (با قطر ۴.۵ متر) که در ناحیه‌ای به مساحت حدودی یک کیلومترمربع در دره اوینز (Owens) در کالیفرنیا قرار دارد، این شاهکار را به‌دست آوردند. این شبکه تلسکوپی توزیع‌شده، معروف به نمونه ۱۰ آنتی آرایه‌ی مختصر عمیق (Deep Synoptic Array 10-antenna prototype (DSA-10)) می‌تواند نوار گسترده‌ای از آسمان را برای یافتن FRBها بپیماید (شکل 1a). همچنین این آرایه می‌تواند وضوح تصویرفضایی کافی برای تعیین موقعیت یک انفجار با دقت بالا در آسمان فراهم کند^۷. درواقع این دقت باید بسیار بالا باشد: اگر این دقت تا هزارم درجه مشخص نباشد، تعیین موقعیت مربوط به یک FRB با یک کهکشان میزبان خاص غیرممکن است^۸. با این‌ که راوی و همکارنش، موقعیت FRB خود را تا این سطح از دقت تعیین کردند (شکل 1b)، همچنان تردیدهایی وجود دارد که آیا کهکشان شناسایی‌شده کهکشان میزبان است یا خیر.

شکل ۱. تعیین مکان یک انفجار رادیویی سریع (FRB). A. راوی و همکاران^۳، بااستفاده از یک آرایه رادیوتلسکوپی، ‌معروف به Deep Synoptic Array 10-antenna prototype (DSA-10) رصدهایی را گزارش کردند. میدان دید DSA-10 حدودا ۴۰ درجه‌مربع است^۷، که حدود ۲۰۰ برابر مساحت پوشیده‌شده با ماه کامل در آسمان از دید ناظر زمینی است. b. راوی و همکارانش برای تعیین دقیق موقعیت یک FRB – یک موج رادیویی با مدت زمانی از مرتبه میلی‌ثانیه - از DSA-10 بهره بردند. بیضی نقطه‌چین سفید ناحیه‌ای را نشان می‌دهد که در آن FRB می‌تواند قرار داشته باشد. سپس نویسندگان کهکشان عظیمی را شناسایی کردند (دایره زردرنگ) که احتمالا میزبان FRB است.

نویسندگان مقاله نشان دادند که این کهکشانِ میزبانِ^۵ احتمالی به‌طور محسوسی با میزبان منبع خوب‌مشخص‌شده‌ی FRBی تکرارشونده فرق دارد. این کهکشان ۱۰۰۰برابر بزرگ‌تر است و هیچ ناحیه‌ی تشکیل ستاره‌ای شگفت‌انگیزی که به محیط منبع FRB تکرارشونده مربوط باشد، نشان نمی‌دهد. یک هفته پیش از آن که راوی و همکارن نتایج کار خود را منتشر کنند، موفقیت مشابهی، بااستفاده‌از تلسکوپ مسیریاب آرایه کیلومترمربعی استرالیا (Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP)) گزارش شد^۹. نویسندگان آن مقاله موقعیت بسیار دقیق‌تر یک FRB غیرتکرارشونده را به‌دست آورده بودند و نیز نشان دادند که منشاء آن مربوط به یک کهکشان عظیم است که نشانه‌های اندکی از فعالیت تشکیل ستاره‌ای از خود نشان می‌‌دهد.

بنابراین آیا این نتایج به این مفهوم است که FRBهای تکرارشونده و غیرتکرارشونده از انواع مختلف کهکشان‌ها می‌آیند و آیا منشاء فیزیکی متفاوتی دارند؟ آیا اخترفیزیک‌دان‌ها با دو معما مواجه‌اند؟ شاید، اما فقط با سه کهکشان میزبان FRB که تاکنون شناسایی شده، گزینه‌های زیاد دیگری باز مانده است. مثلا ممکن است همه FRBها از ستاره‌های نوترونی ابَرمغناطیده تولید شوند،‌ اما راه‌های مختلفی برای تولید این ستاره‌های نوترونی وجود دارد^۱۰. برخی از آنها ممکن است به‌طور مستقیم از رمبش یک ستاره عظیم تشکیل شوند، درحالی‌که ممکن است برخی دیگر از ستاره‌های نوترونی پیر در یک سیستم دوتایی تشکیل شده باشد که با کاهش فاصله مداری بین دو ستاره به یکدیگر برخورد کرده‌اند. این تفاوت می‌تواند توضیح دهد که چرا به‌نظر می‌رسد که برخی FRBها از نواحی تشکیل ستاره‌ای نشأت می‌گیرند و برخی دیگر خیر^۱۰.

هیجان‌انگیز است که به زودی چیزهای بسیار بیشتری خواهیم دانست. کشف راز FRBها گروه‌های بسیاری را از سراسر جهان به این سمت سوق داده که رادیوتلسکوپ‌ها را برای کشف و تعیین موقعیت دقیق این علائم تنظیم کنند و تصور می‌شود که هر روز^۲ چندین هزار FRB در آسمان رخ می‌دهد. واقعیت این است که منابع کمتر از ۱۰۰ FRB شناسایی شده است و این واقعیت بازتابی از میدان دید کوچک رادیوتلسکوپ‌های کنونی است. اگر رادیوتلسکوپ حساسی ساخته شود که دید پیوسته‌ای به کل آسمان داشته باشد، FRBها مثل یک آتش‌بازی به‌نظر می‌رسند. بااین‌حال، تلسکوپ‌های با میدان وسیع مثل آزمایش کانادایی نقشه‌برداری شدت هیدروژن^۱۱ (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME)) شروع به تغییر بازی کرده‌اند. طولی نمی‌کشد که اخترشناسان فهرستی از هزاران FRB تهیه کنند و دست‌کم موقعیت ده‌ها مورد از آنها را با دقت تعیین می‌کنند.

تعیین دقیق موقعیت توسط DSA-10 و ASKAP منشاء FRBها را مشخص می‌کند، اما همچنین درباره استفاده بالقوه از این علائم به‌عنوان کاوشگرهای نجومی چیزهایی می‌آموزیم. رسیدن FRBها به زمین تحت تاثیر مواد نامرئی بین‌کهکشانی به تاخیر می‌افتد. اخترشناسان با اندازه‌گیری بزرگی زمان این تاخیر و مقایسه آن با فاصله کهکشان میزبان می‌توانند نقشه چگالی مواد یونیزه در فضای میان‌کهکشانی را ترسیم کنند و به‌این‌ترتیب جهان را به‌شیوه‌ای منحصربه‌فرد بسنجند. تعیین موقعیت FRBهای غیرتکرارشونده نشان می‌دهد که کهکشان‌های میزبان FRB فقط اندکی از این اندازه‌گیری‌ها انحراف خواهند داشت. علاوه‌براین نتایج نشان می‌دهد که با آشکارسازی و تعیین موقعیت هزاران FRB می‌توان نقشه‌ای سه‌بعدی از مواد میان کهکشان‌ها تهیه کرد.

منبع:

Nature 572, 320-321 (2019)

نویسنده:

جان هسلز. جان هسلز در موسسه هلندی اخترفیزیک رادیویی (ASTRON) و موسسه اخترشناسی Anton Pannekoek در دانشگاه آمستردامِ هلند حضور دارد.

مراجع:

1.

Lorimer, D. R., Bailes, M., McLaughlin, M. A., Narkevic, D. J. & Crawford, F. Science 318, 777–780 (2007).

2.

Petroff, E., Hessels, J. W. T. & Lorimer, D. R. Astron. Astrophys. Rev. 27, 4 (2019).

3.

Ravi, V. et al. Nature 572, 352–354 (2019).

4.

Spitler, L. G. et al. Nature 531, 202–205 (2016).

5.

Bassa, C. G. et al. Astrophys. J. 843, L8 (2017).

6.

7.

Kocz, J. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/1906.08699 (2019).

8.

Eftekhari, T. & Berger, E. Astrophys. J. 849, 162 (2017).

9.

Bannister, K. W. et al. Science https://doi.org/10.1126/science.aaw5903 (2019).

10.

Margalit, B., Berger, E. & Metzger, B. D. Preprint at https://arxiv.org/abs/1907.00016 (2019).

11.

The CHIME/FRB Collaboration. Nature 566, 230–234 (2019).