ردیابی دوردست‌ترین انفجار رادیویی سریع در کهکشانی کوتوله با قدمت ۱۰ میلیارد سال
تلسکوپ فضایی جیمز وب و آرایه رادیویی میرکت موفق به شناسایی دوردست‌ترین انفجار رادیویی سریع ثبت‌شده تا کنون شده‌اند؛ سیگنالی که تنها سه میلیارد سال پس از مه‌بانگ ساطع شده است. این درخشش چند میلی‌ثانیه‌ای از کهکشانی کوتوله، کوچک و به شدت ستاره‌زا سرچشمه گرفته و نظریه‌های موجود پیرامون منشأ این رویدادهای کیهانی را به چالش می‌کشد.
به قلم اِلا فرجاد
این خبر را به اشتراک بگذارید
اخترشناسان موفق شده‌اند مسیر درخشش چند میلی‌ثانیه‌ای از امواج رادیویی را تا مبدئی در ۱۰ میلیارد سال قبل ردیابی کنند؛ سرچشمه‌ای شگفت‌انگیز که کهکشانی کوتوله، چگال و به شدت زاینده ستاره در کیهان نخستین است. این سیگنال که در ۴ مارس ۲۰۲۴ به زمین رسید، رکورد فاصله پیشین انفجارهای رادیویی سریع را به طرز چشمگیری جابه‌جا کرده است.[6]
دانشمندان با ثبت این پیام باستانی اکنون ابزاری در دست دارند تا پلاسمای یونیزه‌شده موجود در فضاهای به ظاهر تهی میان کهکشان‌ها را بکاوند. این انفجار رادیویی عملاً نقش چراغ‌قوه‌ای کیهانی را بازی می‌کند که ماده معمولی «گمشده» را در گستره‌ای معادل ۸۰ درصد از طول عمر عالم روشن کرده و امکان سنجش مستقیم چگالی کیهان را فراهم می‌آورد.[6]
شکار درخشش کیهانی
این رویداد که FRB 20240304B نام‌گذاری شده، ابتدا توسط تلسکوپ رادیویی «میرکَت» (MeerKAT) در آفریقای جنوبی ردیابی شد. پروژه میرتراپ (MeerTRAP) در این مرکز پیوسته آسمان را برای یافتن سیگنال‌های رادیویی گذرا اسکن می‌کند و این پالس به شدت پراکنده را به محض عبور از آرایه ۶۴ آنتنی خود در منطقه دورافتاده کارو شکار کرد.[4]
یوان بار، از نویسندگان همکار این مطالعه، در این باره می‌گوید: «با بررسی داده‌ها، بی‌درنگ دریافتیم که این انفجار از نقطه‌ای به غایت دوردست، حتی بر پایه مقیاس‌های نجومی، سرچشمه گرفته است. اما اینکه با یک رکوردشکنی بی‌سابقه روبه‌رو هستیم، غافلگیری بسیار خوشایندی بود.»[6]
با این حال، تعیین دقیق خاستگاه چنین سیگنال کم‌رمق و دوری به توان تفکیک نوری و فروسرخی بسیار فراتر از رصدخانه‌های زمینی نیاز داشت. کهکشان میزبان در جستجوهای اولیه با تلسکوپ‌های کک و ام‌ام‌تی کاملاً نامرئی ماند و همین امر تیم بین‌المللی را بر آن داشت تا برای گره‌گشایی از این معمای کیهانی به سراغ رصدخانه‌های فضایی بروند.[2]
جیمز وب کهکشان کوتوله را آشکار می‌کند
پژوهشگران برای مکان‌یابی دقیق منبع، نگاه تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا را به کار گرفتند. دوربین فروسرخ نزدیک جیمز وب (NIRCam) با رصد صورت فلکی دوشیزه توانست تصویر کهکشان میزبان بسیار کم‌نور را ثبت کند؛ تصویری که ساختار تکه‌تکه و متراکمی را فراتر از انتظارات اولیه آشکار ساخت.[1][5]
طیف‌سنج فروسرخ نزدیک وب با اندازه‌گیری‌های تکمیلی، انتقال به سرخ کیهانی این کهکشان را روی عدد ۲.۱۴۸ تثبیت کرد. این سنجش دقیق نشان می‌دهد که نور این انفجار بیش از ۱۰ میلیارد سال در راه بوده و سیگنال زمانی منتشر شده که از عمر کیهان تنها نزدیک به سه میلیارد سال گذشته بود.[1][6]
یافته اخیر، رکورد پیشین فاصله را بیش از دو برابر ارتقا می‌دهد. رکورد قبلی متعلق به FRB 20220610A بود؛ انفجاری که آرایه تلسکوپی پت‌فایندر در استرالیا در سال ۲۰۲۲ کشف کرد و نور آن نزدیک به هشت میلیارد سال در مسیر رسیدن به زمین سفر کرده بود.[2][5]
محیط پیرامونی FRB 20240304B تمام فرضیات اخترشناسان را به چالش کشید. تا پیش از این، انفجارهای رادیویی سریع معمولاً در کهکشان‌های عظیم ستاره‌زا رصد می‌شدند؛ از این رو پژوهشگران انتظار داشتند پس از نشانه رفتن جیمز وب به این مختصات، میزبانی به همان اندازه پرجرم و تکامل‌یافته را مشاهده کنند.[1][6]
رد فرضیه ادغام ستاره‌ای
مانیشا کالب، از دانشگاه سیدنی و نویسنده اصلی مقاله‌ای که در نشریه Science منتشر شده، در این خصوص توضیح داد: «ما گمان می‌کردیم با کهکشانی بزرگ، کاملاً شکل‌گرفته و پر از ستاره روبه‌رو خواهیم شد، اما در عوض کهکشان کوتوله کوچکی پیش رویمان بود که البته با سرعتی باورنکردنی در حال زایش ستارگان بود.»[6]
میزبان این رویداد کهکشانی کم‌جرم و کلوخه‌ای است که جرم آن حدود هزار برابر کمتر از کهکشان راه شیری برآورد می‌شود. نرخ بی‌اندازه بالای زایش ستاره‌ای در آن حاکی از آن است که بخش عمده جمعیت ستاره‌ای آن احتمالاً در یک بازه زمانی کوتاه ۳۰ میلیون ساله متولد شده‌اند و زایشگاهی ناآرام پدید آورده‌اند.[1][6]
این محیط جوان و پرآشوب سرنخ‌های بنیادینی درباره سازوکار ایجاد انفجارهای رادیویی سریع به دست می‌دهد. دو نظریه اصلی مطرح در این زمینه مدعی‌اند که این جرقه‌ها یا حاصل ادغام دو ستاره نوترونی کهنسال هستند یا در اثر فعالیت شدید مغناطیسی یک مگنتار جوان و منزوی رخ می‌دهند.[3][6]
از آنجا که کاهش مداری و ادغام ستارگان نوترونی به میلیاردها سال زمان نیاز دارد، این پدیده معمولاً باید در کهکشان‌های قدیمی با جمعیت‌های ستاره‌ای سالخورده روی دهد. اما ماهیت فوق‌العاده جوان این کهکشان کوتوله فرضیه ادغام را بسیار نامحتمل می‌سازد؛ چرا که ستارگان آن اصلاً فرصت کافی برای برخورد نداشته‌اند.[3][6]
کالب می‌افزاید: «یافته‌های ما نشان می‌دهد ایجاد این انفجار رادیویی در پی ادغام دو جرم عملاً ناممکن است.» در مقابل، روند سریع شکل‌گیری ستارگان به شدت از این سناریو پشتیبانی می‌کند که انفجار از دل یک مگنتار جوان برخاسته است؛ هسته رمبیده‌ای فوق‌العاده چگال که میدان مغناطیسی ویرانگری را در خود مهار کرده است.[6]
توزین خلأهای میان‌کهکشانی
اهمیت FRB 20240304B تنها به شناخت منشأ خود انفجارها محدود نمی‌شود، بلکه ابزاری تعیین‌کننده برای کیهان‌شناسی به شمار می‌رود. امواج رادیویی در گذر از گستره ۱۰ میلیارد سال نوری فضا، با الکترون‌های آزاد پراکنده در محیط میان‌کهکشانی برخورد می‌کنند.[3][6]
این برهم‌کنش‌ها سرعت امواج فرکانس پایین‌تر را اندکی بیشتر از امواج با فرکانس بالاتر کاهش می‌دهند و پدیده‌ای موسوم به «پراکندگی» (Dispersion) را به وجود می‌آورند. اخترشناسان با اندازه‌گیری دقیق این تاخیر زمانی می‌توانند عملاً تعداد تمامی الکترون‌هایی را که انفجار در مسیر رسیدن به زمین از میانشان گذشته بشمارند.[3]
این شاخص پراکندگی، حضور ماده معمولی یا باریونی «گمشده» در جهان را تأیید می‌کند؛ همان اتم‌هایی که ستارگان، سیارات و انسان‌ها از آن ساخته شده‌اند. کیهان‌شناسان دهه‌هاست استدلال می‌کنند که بخش اعظم این ماده در خلأ میان کهکشان‌ها پنهان مانده است و تاخیر فرکانسی امواج رادیویی شواهد فیزیکی لازم را برای تراز کردن این دفتر کیهانی ارائه می‌دهد.[3]
نسل نوین پیمایش‌های رادیویی
پراکندگی شدید این سیگنال رادیویی نشان می‌دهد که احتمالاً جمعیت عظیمی از این انفجارهای دوردست هنوز از دید تلسکوپ‌های رادیویی فعلی پنهان مانده‌اند. در همین راستا، سامانه‌های رصدی ارتقایافته‌ای در حال راه‌اندازی هستند تا این پیام‌ها را پیش از محو شدن به دام بیندازند و حجم فضای رصدشده را به میزان چشمگیری گسترش دهند.[6]
انتظار می‌رود رصدخانه‌های آینده از جمله آرایه کیلومتر مربعی (SKA) و تلسکوپ فوق‌العاده بزرگ (ELT)، هزاران مورد از این سیگنال‌ها را شناسایی و مکان‌یابی کنند. برآوردها حاکی از آن است که تنها تلسکوپ میرکت به زودی قادر خواهد بود سالانه چندین انفجار با انتقال به سرخ بالا را ثبت کرده و تاروپود کیهان را با دقتی بی‌سابقه نقشه‌برداری کند.[4][5]
نکات کلیدی
- اخترشناسان یک انفجار رادیویی سریع را شناسایی کرده‌اند که پس از پیمودن ۱۰ میلیارد سال نوری به زمین رسیده و دورترین نمونه کشف‌شده تا به امروز است.
- این سیگنال از کهکشانی کوتوله با جرم اندک ساطع شده که تنها سه میلیارد سال پس از مه‌بانگ دوره‌ای از ستاره‌زایی فوق‌العاده شدید را تجربه می‌کرده است.
- محیط به شدت جوان کهکشان نشان می‌دهد که این انفجار حاصل فعالیت یک مگنتار نوپا بوده است، نه ادغام دو ستاره نوترونی سالخورده.
- میزان پراکندگی فرکانس این انفجار امکان اندازه‌گیری مستقیم ماده معمولی «گمشده» را در طول ۸۰ درصد از عمر کیهان فراهم می‌آورد.
آنچه نمی‌دانیم
- سازوکار دقیق فیزیکی که به یک مگنتار اجازه می‌دهد معادل ۳۰ سال انرژی خورشید را تنها در یک میلی‌ثانیه به شکل امواج رادیویی گسیل دارد.
- اینکه آیا کهکشان کوتوله و کلوخه‌ای میزبان نماینده تمام خاستگاه‌های انفجارهای رادیویی در کیهان اولیه است یا رویدادی استثنایی محسوب می‌شود.
- چه تعداد انفجار رادیویی سریع با پراکندگی شدید و فاصله‌های دوردست به دلیل محدودیت تجهیزات رادیویی زمینی از چشم اخترشناسان پنهان مانده‌اند.
روند رویداد
۲۰۰۷
نخستین انفجار رادیویی سریع موسوم به «انفجار لوریمر» در میان داده‌های بایگانی‌شده تپ‌اخترها کشف شد.
ژوئن ۲۰۲۲
آرایه تلسکوپی پت‌فایندر در استرالیا رویداد FRB 20220610A را در فاصله ۸ میلیارد سال نوری ثبت کرد و رکوردی نو بر جای گذاشت.
مارس ۲۰۲۴
آرایه رادیویی میرکت در آفریقای جنوبی سیگنال به شدت پراکنده FRB 20240304B را از اعماق کیهان دریافت کرد.
اکتبر ۲۰۲۶
مشاهدات تکمیلی تلسکوپ فضایی جیمز وب تأیید کرد که مبدأ این انفجار ۱۰ میلیارد سال پیش بوده و رکورد پیشین را شکست.
- طرفداران فرضیه مگنتار
- پژوهشگرانی که معتقدند این انفجارهای سهمگین حاصل فعالیت مغناطیسی ستارگان نوترونی جوان با میدان‌های مغناطیسی به شدت قوی هستند.
- کیهان‌شناسان ساختار عالم
- دانشمندانی که تمرکز اصلی‌شان بهره‌گیری از تاخیر زمانی امواج رادیویی برای نقشه‌برداری از توزیع ماده و تاروپود کیهانی است.
- اخترشناسان رصدی
- متخصصانی که بر محدودیت‌های فنی ابزارهای فعلی و لزوم ارتقای حساسیت آرایه‌های رادیویی برای شکار سیگنال‌های محو متمرکزند.
دیدگاه‌هایی که این گزارش پوشش نداده
- فیزیکدانان نظری که مدل‌های جایگزین برای توضیح منشأ انفجارهای رادیویی سریع را بررسی می‌کنند
منابع
پوشش منابع
6 منبع
3 دیدگاه شناسایی‌شده
- [1]NASA Scienceطرفداران فرضیه مگنتار
Webb Measures Distance to Farthest Fast Radio Burst, Suggesting Origin
مطالعه در NASA Science → - [2]Space.comاخترشناسان رصدی
James Webb Space Telescope helps detect the most distant Fast Radio Burst ever seen — and scientists are surprised by its source
مطالعه در Space.com → - [3]The Conversationکیهان‌شناسان ساختار عالم
Astronomers pinpoint the origin of a 10 billion-year-old millisecond signal from space
مطالعه در The Conversation → - [4]South African Radio Astronomy Observatoryاخترشناسان رصدی
South Africa's MeerKAT combines with NASA's Webb to pinpoint the most distant cosmic Fast Radio Burst
مطالعه در South African Radio Astronomy Observatory → - [5]ESA/Webbکیهان‌شناسان ساختار عالم
Webb measures distance to farthest fast radio burst, suggesting origin
مطالعه در ESA/Webb → - [6]Scienceطرفداران فرضیه مگنتار
A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang
مطالعه در Science →
بیشتر در علم
مشاهده همه →اخترزیست‌شناسی
میکروب‌های زمین در شرایط اقیانوس انسلادوس زنده می‌مانند؛ فوران‌ها مسیر کشف حیات بیگانه را نشان می‌دهند
5 منبع
فناوری فضایی
نقش ماهواره‌های روسی در هدایت حملات موشکی به پایگاه آمریکا در عربستان
4 منبع
فیزیک سیاه‌چاله
شعاع Rs = 2GM/c²: متریک شوارتزشیلد چگونه مرز بی‌بازگشت را تعریف می‌کند
6 منبع
مکانیک کوانتومی
رابطه Δx Δp ≥ ℏ/2: اصل عدم قطعیت چگونه حد نهایی اندازه‌گیری همزمان مکان و تکانه را تعیین می‌کند
6 منبع
نظرات
هر زاویه. هر روز.
اخبار علم با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاه‌ها، هر روز و رایگان.