4 ژانویه 2025-تصویر هنرمند از یک ستاره نوترونی که پرتوهای رادیویی را از محیط مغناطیسی خود ساطع می کند که به مسیرهای متعدد تقسیم می شود و مانند سوسو زدن از دور به نظر می رسد – اعتبار: دانیل لیوانو / اخبار MIT
فوران های رادیویی اسرارآمیز از فضا برای اولین بار در سال 2007 کشف شد، تنها یک میلی ثانیه طول می کشد، اما می تواند مقدار زیادی انرژی را حمل کند – به اندازه ای که برای مدت کوتاهی از کل کهکشان ها بیشتر بتابد.
از زمان اولین انفجار رادیویی سریع یا FRB، اخترشناسان هزاران مورد دیگر را شناسایی کرده‌اند که مکان‌های آنها از درون کهکشان ما تا فاصله 8 میلیارد سال نوری از ما متغیر است، اما دقیقاً نحوه پرتاب این انفجارهای کوتاه و درخشان همچنان به‌عنوان-معارض ناشناخته بسیار مهم باقی مانده است.
اکنون، ستاره شناسان در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با استفاده از تکنیک جدیدی که می تواند همین کار را برای سایر FRB ها انجام دهد، حداقل یکی از این شراره های رادیویی کیهانی را مشخص کرده اند.
در مطالعه جدید خود که در مجله نیچر منتشر شد، این تیم بر یک انفجار رادیویی سریع کشف شده قبلی تمرکز کردند که از یک کهکشان در فاصله 200 میلیون سال نوری از ما کشف شده بود.آنها برای تعیین مکان دقیق سیگنال رادیویی با تجزیه و تحلیل “سوزن” آن، که شبیه به چشمک زدن ستاره ها در آسمان شب است، به صفر رسیدند.
دانشمندان تغییرات در روشنایی FRB را مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که انفجار باید از مجاورت منبع آن منشأ گرفته باشد، نه خیلی دورتر، همانطور که برخی مدل ها پیش بینی کرده اند.
آتش بازی زودگذر معروف به FRB 20221022A از منطقه ای منفجر شد که بسیار نزدیک به یک ستاره نوترونی تا 10000 کیلومتر دورتر – کمتر از فاصله بین نیویورک و سنگاپور در حال چرخش است،.
در چنین فاصله نزدیک، انفجار احتمالاً از مگنتوسفر ستاره نوترونی پدید آمده است – منطقه ای بسیار مغناطیسی که بلافاصله ستاره بسیار فشرده را احاطه کرده است.یافته‌های این تیم اولین شواهد قطعی را ارائه می‌کند که نشان می‌دهد FRB می‌تواند از مگنتوسفری که بلافاصله یک جسم فوق فشرده را احاطه کرده است، مانند یک ستاره نوترونی یا احتمالاً یک سیاه‌چاله، سرچشمه بگیرد.
کنزی نیممو، نویسنده اصلی این مطالعه، پسادکتر مؤسسه اخترفیزیک و تحقیقات فضایی MIT، گفت: «در این محیط‌های ستاره‌های نوترونی، میدان‌های مغناطیسی واقعاً در محدوده‌هایی هستند که کیهان می‌تواند تولید کند». بحث‌های زیادی در مورد اینکه آیا این تابش رادیویی درخشان حتی می‌تواند از آن پلاسمای شدید فرار کند، وجود داشته است.
کیوشی ماسویی، دانشیار فیزیک در MIT می‌گوید: «در اطراف این ستاره‌های نوترونی بسیار مغناطیسی، که به عنوان مگنتار نیز شناخته می‌شوند، اتم‌ها نمی‌توانند وجود داشته باشند – آنها فقط توسط میدان‌های مغناطیسی از هم جدا می‌شوند.
نکته جالب اینجاست که ما متوجه می شویم که انرژی ذخیره شده در آن میدان های مغناطیسی، نزدیک به منبع، در حال پیچش و تنظیم مجدد است به طوری که می تواند به صورت امواج رادیویی آزاد شود که ما می توانیم در نیمه راه جهان را ببینیم.
شناسایی FRB ها از سال 2020 به لطف آزمایش نقشه برداری شدت هیدروژن کانادا (CHIME) افزایش یافته است.آرایه تلسکوپ رادیویی شامل چهار گیرنده ثابت و بزرگ است که هر یک به شکل نیمه لوله ای است که برای شناسایی انتشارات رادیویی در محدوده ای تنظیم شده اند که به شدت به انفجارهای رادیویی سریع حساس است.
فیزیک دقیق هدایت FRB ها نامشخص مانده است. برخی از مدل‌ها پیش‌بینی می‌کنند که باید از مگنتوسفر متلاطم که بلافاصله یک جسم فشرده را احاطه کرده است، بیاید، در حالی که برخی دیگر پیش‌بینی می‌کنند که فوران‌ها باید به‌عنوان بخشی از یک موج ضربه‌ای که دور از جسم مرکزی منتشر می‌شود، خارج شوند.
برای تعیین محل پیدایش FRBها، تیم MIT سوسوزن را در نظر گرفت، اثری که زمانی رخ می‌دهد که نور از یک منبع درخشان کوچک مانند یک ستاره، از میان برخی رسانه‌ها مانند گاز متراکم یک کهکشان عبور می‌کند.
همانطور که نور ستاره از میان گاز عبور می کند، به گونه ای خم می شود که آن را برای ناظر دور به نظر می رسد، گویی ستاره در حال چشمک زدن است. هر چه یک جسم کوچکتر یا دورتر باشد، بیشتر چشمک می زند.
نور اجسام بزرگتر یا نزدیکتر، مانند سیارات در منظومه شمسی خودمان، خمش کمتری را تجربه می کند، و بنابراین به نظر نمی رسد که چشمک بزند.
این تیم استدلال کردند که اگر بتوانند میزان سوسوزن FRB را تخمین بزنند، ممکن است اندازه نسبی منطقه ای را که FRB از آنجا منشا گرفته است، تعیین کنند. هرچه منطقه کوچکتر باشد، انفجار به منبع آن نزدیکتر است و احتمال اینکه از یک محیط مغناطیسی متلاطم آمده باشد بیشتر است. هر چه منطقه بزرگتر باشد، انفجار دورتر خواهد بود و این ایده را پشتیبانی می کند که FRB ها از امواج شوک دور نشات می گیرند.
برای آزمایش ایده خود، محققان به FRB 20221022A نگاه کردند، سیگنالی که حدود دو هزارم ثانیه طول می کشد، که برای FRB ها متوسط است.
همکاران دانشگاه مک گیل در کانادا دریافتند که یک ویژگی برجسته را نشان می دهد: نور حاصل از انفجار به شدت قطبی شده بود، با زاویه قطبش منحنی S شکل صاف.
این الگو به عنوان شواهدی مبنی بر اینکه محل انتشار FRB در حال چرخش است تفسیر می شود – مشخصه ای که قبلاً در تپ اخترها مشاهده شده بود که ستاره های نوترونی در حال چرخش بسیار مغناطیسی هستند.
این اولین مورد برای FRB ها است که نشان می دهد سیگنال ممکن است از نزدیکی یک ستاره نوترونی به وجود آمده باشد.این دوقلو است! ستاره شناسان دیسک های موازی و جت هایی را کشف کردند که از یک جفت ستاره جوان فوران می کنند.
تیم MIT متوجه شد که اگر FRB 20221022A از نزدیک به یک ستاره نوترونی منشا گرفته باشد، آنها باید بتوانند این موضوع را با استفاده از سوسوزن ثابت کنند.
دکتر نیمو و همکارانش داده‌های CHIME را تجزیه و تحلیل کردند و تغییرات شدید در روشنایی را مشاهده کردند که نشانه‌ای از سوسوزن بود – به عبارت دیگر، FRB چشمک می‌زد.
آنها تایید کردند که در جایی بین تلسکوپ و FRB گازی وجود دارد که امواج رادیویی را خم کرده و فیلتر می کند.سپس تیم تعیین کرد که گاز می تواند در کجا قرار گیرد و تأیید کرد که گاز در کهکشان میزبان FRB مسئول برخی از سوسوزن های مشاهده شده است. این گاز به عنوان یک “عدسی طبیعی” عمل می کند – به محققان اجازه می دهد تا روی سایت FRB بزرگنمایی کنند و تشخیص دهند که انفجار از یک منطقه بسیار کوچک منشأ گرفته است که حدود 10000 کیلومتر عرض دارد.
نیمو گفت: «این بدان معناست که FRB احتمالاً در صدها هزار کیلومتری منبع قرار دارد. “این خیلی نزدیک است. برای مقایسه، انتظار داریم اگر سیگنال از یک موج شوک منشا گرفته باشد، بیش از ده‌ها میلیون کیلومتر دورتر باشد و ما اصلاً سوسوزنی نخواهیم دید.»
دکتر ماسویی گفت: “زنمایی در منطقه ای 10000 کیلومتری، از فاصله 200 میلیون سال نوری، مانند اندازه گیری عرض یک مارپیچ DNA که حدود 2 نانومتر عرض دارد، در سطح ماه است.”
این یافته ها برای اولین بار ثابت می کند که FRB ها می توانند از نزدیک به یک ستاره نوترونی، در محیط های مغناطیسی بسیار پر هرج و مرج سرچشمه بگیرند.
ماسویی افزود: «این انفجارها همیشه اتفاق می‌افتند و CHIME چندین بار در روز را تشخیص می‌دهد. “ممکن است تنوع زیادی در نحوه و مکان وقوع آنها وجود داشته باشد، و این تکنیک سوسوزن برای کمک به تفکیک فیزیک های مختلف که باعث این انفجارها می شوند واقعا مفید خواهد بود.”
