ضعیف‌ترین سیگنالی شناسایی شده می‌تواند معمای انفجار سریع رادیویی را حل کند!

یک مطالعه جدید به رهبری INAF با استفاده از تلسکوپ VLA، به ما نشان می‌دهد که در انفجارهای رادیویی سریع (FRBs) یک حباب پلاسما که احتمالاً توسط یک مگنتار (ستاره‌های نوترونی با خاصیبت مغناطیسی) یا یک سیستم ستاره‌ای دوتایی ایجاد می‌شود، باعث تشعشعات رادیویی مداوم خواهد شد. این کشف به روشن شدن فرآیندهای فیزیکی پشت انفجارهای رادیویی سریع و منشأ آنها کمک می‌کند.

انفجارهای رادیویی سریع (FRBs) یکی از جدیدترین رازهای اخترفیزیک مدرن است. در عرض چند میلی‌ثانیه، این رویدادهای قدرتمند مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کنند که در میان قابل مشاهده‌ترین رویدادها در پدیده‌های کیهانی هستند. این نوع از انفجارها بیش از ده سال پیش کشف شدند و بیشتر از منابع خارج از کهکشانی منشأ می‌گیرند. با این حال، منشأ آنها هنوز دقیقاً مشخص نیست و تلاش‌های زیادی توسط جامعه اخترفیزیک در سراسر جهان برای درک فرآیندهای فیزیکی پشت سر آنها وجود دارد.

در موارد بسیاری نادر، فلاش سریعی که انفجارهای رادیویی سریع را مشخص می‌کند، با یک انتشار مداوم همزمان است که در باند رادیویی نیز مشاهده می‌شود. یک مطالعه جدید به رهبری موسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا (INAF) ضعیف‌ترین گسیل رادیویی پایداری را که تاکنون برای یک انفجار رادیویی سریع شناسایی شده، ثبت کرده است.

این مطالعه در مورد FRB20201124A است؛ یک انفجار رادیویی سریع که در سال 2020 کشف شد و منبع آن در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری از ما قرار دارد. همراه با محققان INAF، این پروژه شامل همکارانی از دانشگاه‌های بولونیا، تریست و کالابریا در ایتالیا و مشارکت‌های بین‌المللی موسسات تحقیقاتی و دانشگاه‌های چین، ایالات متحده، اسپانیا و آلمان می‌شود.

تکنیک‌های پیشرفته رصدی

رصدها با حساس‌ترین تلسکوپ رادیویی جهان، Very Large Array (VLA) در ایالات متحده انجام شده است. این داده‌ها دانشمندان را قادر ساخت تا این پیش‌بینی نظری را تأیید کنند که حباب پلاسما در منشاء انتشار مداوم رادیویی انفجارهای سریع  قرار دارد. نتایج به‌ دست آمده در مجله Nature منتشر شده است.

گابریل برونی، محقق INAF در رم و نویسنده اصلی مقاله، توضیح می‌دهد:

ما از طریق مشاهدات توانستیم نشان دهیم که انتشار مداوم مشاهده‌شده همراه با برخی فوران‌های رادیویی سریع، همان‌طور که از مدل انتشار سحابی انتظار می‌رفت، رفتار می‌کند؛ یعنی یک «حباب» از گاز یونیزه‌ای که موتور مرکزی را احاطه کرده است. به‌طور خاص، از طریق مشاهدات رادیویی یکی از انفجارها که نزدیک‌ترین نوع خود به ما است، توانستیم گسیل ضعیف پایداری که از همان مکان انفجار سریع رادیویی منشأ می‌گیرد را اندازه‌گیری کنیم و دامنه شار رادیویی را که تاکنون برای این اجسام کاوش شده است، با دو مرتبه افزایش دهیم.

این تحقیق همچنین به محدود کردن گزینه‌ها برای پیش بینی ماهیت موتوری که این فلاش‌های رادیویی مرموز را ایجاد کرده، کمک می‌کند. بر اساس داده‌های جدید، این پدیده به خاطر یک مگنتار یا یک دوتایی پرتو ایکس با برافزایش بالا (یعنی یک سیستم دوتایی متشکل از یک ستاره نوترونی یا سیاه‌چاله که موادی را از یک ستاره همراه با نرخ‌های بسیار شدید جمع‌آوری می‌کند.) اتفاق می‌افتد. در واقع، بادهایی که توسط مگنتار یا دوتایی اشعه ایکس تولید می‌شوند، می‌توانند به درون حباب پلاسما «بدمند» که باعث انتشار امواج رادیویی  به‌صورت مداوم می‌شود. بنابراین، یک رابطه فیزیکی مستقیم بین موتور انفجارهای سریع رادیویی و حبابی که در مجاورت آن قرار می‌گیرد، وجود دارد.

مشاهدات و تأییدات اضافی

انگیزه این کمپین مشاهداتی از کار دیگری به رهبری لوئیجی پیرو از INAF و یکی دیگر از نویسندگان مقاله جدید، ناشی شد. در کار قبلی خود، محققان تابش مداوم را در کهکشان میزبان انفجار سریع رادیویی شناسایی کرده بودند، اما هنوز موقعیت را با دقت کافی برای ارتباط بین این دو پدیده اندازه‌گیری نکرده بودند.

پیرو می‌گوید:

در این کار جدید، ما کمپینی با وضوح فضایی بالاتر با VLA، همراه با مشاهدات در باندهای مختلف با تداخل‌سنج NOEMA و Gran Telescopio Canarias (GranTeCan) انجام دادیم، که به ما اجازه داد تصویر کلی کهکشان را بازسازی کنیم و وجود یک منبع رادیویی فشرده، حباب پلاسمای انفجار سریع رادیویی، غوطه‌ور در ناحیه ستاره‌ساز را کشف کنیم. در این بین، مدل نظری روی سحابی نیز منتشر شده بود که به ما امکان می‌داد اعتبار آن را آزمایش کنیم و در نهایت، خودمان مدل را تأیید کنیم.

تأیید و اعتبارسنجی نظری

بیشتر کارها بر حذف این موضوع متمرکز بودند که گسیل رادیویی دائمی از ناحیه ستاره‌زایی می‌آید و بنابراین از نظر فیزیکی به منبع انفجارهای سریع رادیویی مرتبط نیست. برای این منظور، مشاهدات NOEMA در باند میلی‌متری، مقدار گرد و غبار را اندازه‌گیری کرد که ردیاب مناطق ستاره‌زایی «معمول» است، در حالی که مشاهدات نوری GranTeCan انتشار از هیدروژن یونیزه را اندازه‌گیری کردند، که ردیاب نرخ تشکیل ستاره نیز است.

الینا پالازی، یکی از نویسندگان از INAF در بولونیا خاطرنشان می‌کند:

مشاهدات نوری عنصر مهمی برای مطالعه منطقه انفجارهای سریع رادیویی با وضوح فضایی مشابه مشاهدات رادیویی بود. نقشه‌برداری انتشار هیدروژن در چنین سطح بالایی از جزئیات به ما این امکان را می‌دهد تا نرخ تشکیل ستاره‌های محلی را استخراج کنیم، که به نظر ما برای توجیه انتشار پیوسته رادیویی بسیار کم است.

اکثر انفجارهای سریع رادیویی انتشار دائمی از خود نشان نمی‌دهند. تا به حال، این نوع انتشار تنها با دو عدد از این انفجارها مرتبط شده است که هر دو چنان روشنایی کمی از خود نشان می‌دادند که اجازه تأیید مدل پیشنهادی را نمی‌داد. در عوض، FRB20201124A در فاصله‌ای قرار گرفته است که امکان اندازه‌گیری انتشار مداوم را با وجود روشنایی کم آن ممکن می‌سازد. درک ماهیت انتشار مداوم به محققان این امکان را می‌دهد تا قطعه‌ای را در مورد ماهیت این منابع مرموز کیهانی به پازل اضافه کنند.

منبع: Scitechdaily