ضربان قلب کیهان؛ دانشمندان سیگنالی عجیب در فاصله میلیاردها سال نوری از زمین کشف کردند

ستاره‌شناسان سیگنال رادیویی عجیب و بی‌وقفه‌ای از یک کهکشان دور کشف کرده‌اند. این اکتشاف ممکن است به ستاره‌شناسان برای مشخص کردن منبع انفجارهای رادیویی سریع (موسوم به FRB‌) کمک کند. FRBها امواج رادیویی پرقدرتی در کهکشان‌هایی هستند که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند. اکثر این انفجارها تنها چند میلی‌ثانیه دوام می‌آورند و سپس از بین می‌روند. به‌علاوه این انفجارها در اکثر مواقع تنها یک‌بار رخ می‌دهند.

سیگنال جدید که دانشمندان آن را FRB 20191221A می‌نامند تا سه ثانیه ادامه دارد و همین موضوع باعث می‌شود به‌طور میانگین هزار برابر بادوام‌تر از سایر FRBها باشد. به ادعای دانشمندان، این انفجار رادیویی سریع دارای واضح‌ترین الگوی تکرار FRBها در تاریخ مشاهدات انسانی است.

دنیله میکیلی، از اعضای مؤسسه‌ی اخترفیزیک و تحقیقات فضایی کاولی در MIT، می‌گوید: «این اتفاقی غیرعادی بود. FRB موردبحث نه‌تنها بیش از حد طولانی بود و حدود سه ثانیه دوام داشت،‌ بلکه به‌صورت دوره‌ای شدت آن به اوج می‌رسید و این به‌اوج‌رسیدن‌های دوره‌ای به شکل قابل‌توجهی دقیق بودند.» میکیلی در ادامه می‌گوید: «این نقاط اوج به‌طور مداوم به مدت کسری از ثانیه ساطع می‌شوند؛ بوم،‌ بوم، بوم، مانند ضربان قلب. این نخستین باری است که یک FRB سیگنال دوره‌ای دارد.»

به‌گزارش اسپیس‌دات‌کام، تیمی که موفق به کشف این امواج رادیویی پرقدرت و مداوم شده‌ است، پژوهشگران تلسکوپ CHIME کانادا هستند. در آینده، آن‌ها تلاش خواهند کرد تا انفجارهای بیشتری را از همان منبع کشف کنند تا بتوانند عامل ایجاد این FRBها را دقیق‌تر مشخص کنند.

پژوهشگران همچنین امیدوار هستند که بتوان از FRB 20191221A به‌عنوان نوعی «ساعت اخترفیزیکی» استفاده کرد. از طرفی با دور شدن منبع اصلی از زمین تغییراتی در فرکانس انفجار ایجاد می‌شود. به همین واسطه ممکن است بتوان میزان انبساط کیهان را اندازه‌گیری کرد.

طرحی گرافیکی برای نمایش رسیدن انفجارهای رادیویی سریع به زمین. هر رنگ نشان‌دهنده‌ی یک طول موج است.

انفجارهای رادیویی سریع نخستین بار در سال ۲۰۰۷ کشف شدند و منبع اصلی آن‌ها فعلاً نامشخص است. ستاره‌شناسان توانسته‌اند این انفجارها را تا کهکشان‌هایی که فاصله‌ی بسیار زیادی از زمین دارند رهگیری کنند، اما هرگز نفهمیده‌اند چه چیزی باعث ایجاد آن‌ها می‌شود.

درحال‌حاضر فرضیه‌ی اصلی دانشمندان این است که انواع خاصی از ستاره‌های نوترونی به نام تپ‌اختر رادیویی و مگنتار باعث ایجاد انفجارهای رادیویی سریع می‌شوند. کشف سیگنال FRB 20191221A نشان می‌دهد این فرضیه درست است.

دنیله میکیلی می‌گوید: «چیزهای زیادی در کیهان وجود ندارد که سیگنال دوره‌ای دقیقی ساطع کند. نمونه‌هایی در کهکشان ما که از آن‌ها خبر داریم شامل تپ‌اخترهای رادیویی و مگنتارها هستند که در حال چرخش‌اند و تابشی پرتومانند همچون فانوس دریایی ایجاد می‌کنند. ما فکر می‌کنیم این سیگنال جدید از یک مگنتار یا تپ‌اختر نشئت می‌گیرد.»

تمامی انواع ستاره‌های نوترونی زمانی تشکیل می‌شوند که ستاره‌های پرجرم به پایان عمر خود می‌رسند، سوختشان برای همجوشی هسته‌ای تمام می‌شود و دیگر نمی‌توانند از خود دربرابر رمبش گرانشی محافظت کنند. درنتیجه‌ی این اتفاق، انفجار عظیم ابرنواختر ایجاد می‌شود و بقایایی کیهانی بر جای می‌گذارد. یک ستاره‌ی نوترونی به حدی چگال است که یک قاشق چای‌خوری از مواد تشکیل‌دهنده‌ی آن حدوداً ۳٫۹ تریلیون کیلوگرم وزن دارد. مطالعه روی سیگنال FRB 20191221A ممکن است به اخترفیزیکدانان کمک کند که بهتر از قبل ستاره‌های نوترونی را بشناسند.

سیگنال FRB 20191221A نخستین بار در تاریخ ۲۱ دسامبر ۲۰۱۹ (۳۰ آذر ۱۳۹۸) توسط تلسکوپ CHIME کشف شد. میکیلی در آن زمان مشغول بررسی داده‌های جدید بود و رفتار عجیب این انفجار رادیویی سریع، فورا توجه او را جلب کرد. او به همراه اعضای تیمش الگوی این سیگنال را که مربوط به کهکشان‌های دوردست است تجزیه‌و‌تحلیل کردند و متوجه وجود شباهت‌هایی بین این سیگنال با سیگنال ناشی از تپ‌اخترهای رادیویی و مگنتارها در کهکشان راه شیری شدند.

البته بین FRB 20191221A و سیگنال تپ‌اخترهای رادیویی و مگنتارهای کهکشان راه شیری تفاوتی اساسی وجود دارد: FRB 20191221A بیش از یک میلیون‌بار پرنورتر از نمونه‌های مشابه در کهکشان راه شیری است. میکیلی می‌گوید نور بسیار درخشان FRB 20191221A می‌تواند نشان‌دهنده‌ی این باشد که تپ‌اختر رادیویی یا مگنتاری که این سیگنال را ساطع می‌کند روشنایی بسیار کمتری دارد. دانشمندان می‌گویند که احتمالاً پای نوعی مکانیسم ناشناخته در میان است.

تلسکوپ CHIME در شب

تلسکوپ CHIME که از چهار بازتابنده‌ی سهموی عظیم تشکیل شده به‌طور مداوم آسمان را اسکن می‌کند و خوشبختانه به هنگام ساطع شدن FRB 20191221A در زمان و مکان درست قرار داشت. این تلسکوپ از زمان آغاز به‌ کار در سال ۲۰۱۸ تاکنون صدها انفجار سریع رادیویی دیگر نیز کشف کرده است. میکیلی می‌گوید که داده‌های تلسکوپ نشان می‌دهد احتمالاً در اطراف FRB 20191221A ابری از پلاسما وجود دارد. این دانشمند می‌گوید احتمالاً تلسکوپ‌های پیشرفته‌ی بعدی می‌توانند هر ماه هزاران FRB دیگر کشف کنند.

نتایج این مطالعه در مجله‌ی Nature منتشر شده است.