10 دقیقه
نزدیک‌ترین و درخشان‌ترین انفجار رادیویی سریعی که تاکنون توسط اخترشناسان مشاهده شده است. جرقهٔ رادیویی درخشان «RBFLOAT» که از ناحیه‌ای نزدیک در صورت فلکی دب اکبر نشأت گرفته، واضح‌ترین دید تا به امروز از محیط اطراف این انفجارهای مرموز را فراهم میکند. اعتبار تصویر: Danielle Futselaar
یک جرقهٔ محلی که دسترسی رصدی به FRBها را بازتعریف میکند
انفجار رادیویی سریع (FRB) یک جرقهٔ پرانرژی رادیویی در مقیاس میلی‌ثانیه است که می‌تواند برای لحظه‌ای از تمامی منابع رادیویی دیگر در کهکشان میزبان خود روشن‌تر شود. بعضی از FRBها آن‌قدر پرنور هستند که سیگنال‌های رادیویی‌شان در مقیاس میلیاردها سال نوری قابل آشکارسازی است. با وجود بیش از یک دهه ثبت رویدادها، منشأ فیزیکی این انفجارهای گذرا هنوز نامشخص باقی مانده است.
در 16 مارس 2025، یک FRB فوق‌العاده پرنور توسط آزمایش نگاشت شدت هیدروژن کانادا (CHIME) و ایستگاه‌های همراه جدید آن، CHIME Outriggers، ثبت شد. این انفجار که در حدود 130 میلیون سال نوری فاصله و در کهکشان مارپیچی NGC 4141 در صورت فلکی دب اکبر قرار دارد، از نزدیک‌ترین و پرنورترین FRBهای ثبت‌شده تا کنون است. این درخشندگی و نزدیکی غیرمعمول به‌طور غیررسمی آن را «RBFLOAT» — پرنورترین جرقهٔ رادیویی تا کنون — نامیده‌اند و مهم‌تر اینکه پنجره‌ای بی‌سابقه به محیط اطراف یک انفجار رادیویی سریع در اختیار اخترشناسان گذاشته است.
«از دید کیهان‌شناسی، این انفجار رادیویی درست در محلهٔ ما قرار دارد،» گفت کیوشی ماسویی، دانشیار فیزیک و عضو وابستهٔ مؤسسهٔ کاولی برای اخترفیزیک و پژوهش فضا در MIT. «این یعنی فرصت مطالعهٔ یک FRB نسبتاً عادی را با جزئیات شگفت‌انگیز داریم.»
CHIME، CHIME Outriggers و جهش در تعیین موقعیت
CHIME یک آرایهٔ بزرگ از آنتن‌های استوانه‌ای و شبیه نیمهٔ لوله است که در بریتیش کلمبیا ساخته شده و در اصل برای نقشه‌برداری هیدروژن در طول زمان کیهانی طراحی شده بود. از آغاز به کار در 2018، CHIME به یکی از پرکارترین کاشفان FRB در جهان تبدیل شده و هزاران جرقه را در سراسر آسمان گزارش کرده است. با این حال، آرایهٔ اصلی CHIME به‌تنهایی دقت زاویه‌ای لازم را برای قرار دادن دقیق جرقه‌ها داخل کهکشان میزبان همواره نداشت.
برای مقابله با این چالش، دانشمندان شبکهٔ CHIME Outriggers را راه‌اندازی کردند: سه ایستگاه کوچک‌تر به سبک CHIME که در سراسر آمریکای شمالی توزیع شده‌اند. با کار همافزا با آرایهٔ اصلی CHIME، Outriggers یک تداخلسنج در مقیاس قارهای تشکیل می‌دهند که می‌تواند جرقههای رادیویی بسیار روشن و میلی‌ثانیه‌ای را تا دقت زیر-ثانیهٔ قوس محلیسازی کند. این ارتقاء شبکه، CHIME را از یک کاوشگر حساس به آسمان گسترده به یک ابزار تعیین موقعیت با دقت بالا برای روشن‌ترین FRBها تبدیل میکند.
«تصور کنید ما در نیویورک هستیم و یک کرم شب‌تاب در فلوریدا هست که برای یک هزارم ثانیه می‌درخشد،» گفت شیون اندرو، دانشجوی تحصیلات تکمیلی کاولی در MIT. «تعیین موقعیت یک FRB تا بخش مشخصی از کهکشان میزبان همانند فهمیدن این است که نه فقط از چه درختی کرم شب‌تاب آمده، بلکه روی کدام شاخه نشسته است.» سیستم CHIME + Outriggers دقیقاً چنین جهشی را برای RBFLOAT انجام داد: این سیستم NGC 4141 را بهعنوان کهکشان میزبان شناسایی و جرقه را در لبهٔ یک منطقهٔ فعال تشکیل ستاره قرار داد.
محیط کهکشان میزبان و پیامدها برای منشأها
تصاویر و طیف‌نگاری‌های دنبال‌کننده، RBFLOAT را در حاشیهٔ یک مجموعهٔ تشکیل ستاره در NGC 4141 قرار دادند. این موقعیت سرنخ مهمی است. یکی از فرضیه‌های اصلی برای دست‌کم برخی از FRBها مگنتارها هستند — ستاره‌های نوترونی جوان و بسیار مغناطیسی که به‌خاطر جهش‌های پرانرژی‌شان در طیف الکترومغناطیسی شناخته شده‌اند. از آنجا که مگنتارها اغلب با مناطق تشکیل ستارهٔ اخیر مرتبط‌اند، قرار گرفتن یک جرقه در عمق چنین منطقه‌ای می‌تواند به‌طور قوی به سوی یک مگنتار بسیار جوان اشاره کند. موقعیت RBFLOAT در لبه نشان میدهد که احتمالاً منشأی کمی پیرتر است، مثلاً یک مگنتار که حرکت کرده یا از سطوح متراکم‌تر ستاره‌های جوان فاصله گرفته است.
«این‌ها عمدتاً نشانه‌اند،» گفت ماسویی. «اما تعیین موقعیت دقیق این جرقه به ما اجازه میدهد وارد جزئیات سن احتمالی منبع FRB شویم. اگر دقیقاً وسط منطقه بود، ممکن بود فقط چند هزار سال سن داشته باشد — بسیار جوان برای یک ستاره. این یکی، که در لبه قرار دارد، ممکن است زمان بیشتری برای گذر داشته باشد.»
محیط اطراف یک FRB اثرات قابل رصدی را بر سیگنال رادیویی برجا می‌گذارد: پراکندگی و پخش شدن توسط پلاسماهای میانی، چرخش فارادی ناشی از میدان‌های مغناطیسی، و جذب توسط گاز محلی. از آنجا که RBFLOAT هم پرنور و هم نزدیک است، این نشانه‌های انتشار را میتوان با نسبت سیگنال به نویز بالاتری نسبت به جرقههای دوردست اندازه‌گیری کرد. این بهبود وضوح امکان محدودیت‌های فشرده‌تری روی چگالی، مغناطیده‌شدن و ساختار محیط مستقیم FRB فراهم میکند و مدل‌ها برای چگونگی تولید و تکامل این جهش‌ها را پیش می‌برد.
رویداد تکی یا منبع تکرارشونده؟ آرشیو چه چیزهایی نشان میدهد
از زمان کشف اولین FRB در 2007، اخترشناسان بیش از 4,000 جرقه را فهرست کرده‌اند. بیشتر آن‌ها رویدادهای یک‌باره‌اند؛ بخش کوچکی به‌طور پراکنده تکرار میکنند و زیرمجموعه‌ای اندک فعالیت‌های دوره‌ای یا تقریباً دوره‌ای نشان می‌دهند. تعیین اینکه آیا FRBهای تکرارشونده و غیرتکرارشونده از یک سازوکار فیزیکی یکسان ناشی می‌شوند یا خیر، یکی از پرسشهای مرکزی است. یکی از راه‌ها برای پاسخ جست‌وجوی داده‌های آرشیوی در موقعیت منبع برای فعالیت‌های پیشین است.
پایش مداوم CHIME و ضبط‌های ماشه‌ای Outriggers امکان جست‌وجوی بازگشتی کامل را فراهم کردند. همکاری تحقیقاتی شش سال مشاهدات CHIME در مختصات NGC 4141 را بررسی کرد اما هیچ جرقهٔ پیشین از آن ناحیه نیافت. حداقل در شش سال گذشته، RBFLOAT به‌نظر می‌رسد رویدادی تکی و غیرتکرارشونده باشد. با توجه به نزدیکی و شدت آن، طبقهبندی غیرتکرارشونده فرصت نادری برای نقشه‌برداری محیط اطراف یک FRB که احتمالاً تکرار نمی‌شود فراهم می‌آورد و امکان مقایسهٔ آن با منابع تکرارشونده را میدهد.
«الان در میان داستان اینکه آیا FRBهای تکرارشونده و غیرتکرارشونده متفاوت‌اند یا نه، هستیم،» خاطرنشان کرد ماسویی. «این مشاهدات قطعاتی از این پازل را کنار هم قرار می‌دهند.» آدام لَنعمن، پژوهشگر پسا‌دکترا در گروه فیزیک MIT و یکی از هم‌نویسندگان مقالهٔ کشف، بر تنوع فزاینده تأکید کرد: «هرچه نماهای دقیق‌تری از FRBها به‌دست می‌آوریم، بهتر می‌توانیم تنوع محیط‌هایی را که از آن‌ها می‌آیند ببینیم.»
دیدگاه کارشناسی
دکتر النا روئیز، اخترفیزیکدانی فرضی که در میدان مغناطوسفیر اجرام فشرده تخصص دارد و پژوهشگر ارشد در یک رصدخانهٔ بزرگ است، این موضوع را این‌گونه تبیین میکند: «RBFLOAT هدیه‌ای نادر است. یک FRB نزدیک و فوق‌العاده درخشان به ما اجازه میدهد محیط مگنتوانیونیک را با جزئیاتی بررسی کنیم که معمولاً فقط برای منابع پایدار بسیار نزدیک محفوظ است. اگر مگنتارها مسئول باشند، موقعیت حاشیه‌ای نشان‌دهندهٔ جمعیتی از ستاره‌های نوترونی تولیدکنندهٔ FRB است که پیری بیشتری نسبت به آن‌هایی دارند که در نوزادستان‌های ستارهای متراکم دفن شده‌اند. پیگیری‌های چندطولی موج — پلاریزاسیون رادیویی، پایش پرتو X و طیف‌نگاری نوری عمیق — به افتراق بین مدلهای رقیب منشأ کمک خواهد کرد.»
ارزیابی او یک نقشهٔ راه عملی را برجسته میکند: ترکیب داده‌های رادیویی با زمان‌حل بالا با بررسی‌های X-ray و نوری برای جست‌وجوی همتایان پایا، نشانه‌های شوک یا بازماندگانی که میتوانند FRB را به یک مسیر تکاملی خاص پیوند بزنند.
فناوری، تأمین مالی و مسیر پیش رو
RBFLOAT نشان میدهد چگونه ارتقاءهای ابزارشناختی دامنهٔ علمی را گسترش میدهد. شبکهٔ CHIME Outriggers توسط بنیاد گوردون و بتی مور و بنیاد ملی علوم آمریکا تأمین مالی شد، در حالی که ساخت اولیهٔ CHIME از حمایت صندوق نوآوری کانادا و استان‌های کبک، انتاریو و بریتیش کلمبیا برخوردار بود. این ترکیب سرمایه‌گذاری‌های خیریه و عمومی امکان تداخل‌سنجی در مقیاس قارهای لازم برای تعیین موقعیت دقیق FRBها را فراهم آورد.
به آینده که نگاه کنیم، همکاری CHIME انتظار دارد صدها FRB را در سال تعیین موقعیت کند، مادامی که Outriggers عملیاتی بمانند و آرایه به بهینه‌سازی ماشه‌های بلادرنگ ادامه دهد. با افزایش نرخ تعیین موقعیت، نمونهٔ آماری که FRBها را به ویژگی‌های کهکشان میزبان مرتبط میکند — سن ستارگان، فلزیته، نرخ تشکیل ستاره و محیط مغناطیسی محلی — نیز رشد خواهد کرد. این نگاشت جمعیتی برای تعیین اینکه آیا FRBهای تکرارشونده و غیرتکرارشونده از یک کلاس منشأ مشترک‌اند یا از کانال‌های متعددی مانند مگنتارهای جوان، زوج‌های باینری در تعامل، یا برخوردهای عجیب اجرام فشرده ناشی می‌شوند، ضروری است.
نتیجه‌گیری
RBFLOAT — انفجار رادیویی سریع استثنائی، درخشان و نزدیک که در NGC 4141 کشف شد — یک نقطهٔ عطف در علم FRB به‌شمار می‌آید. با ترکیب حساسیت میدان‌وسعت CHIME و دقت زاویه‌ای CHIME Outriggers، اخترشناسان این جرقه را در لبهٔ یک منطقهٔ تشکیل ستاره مشخص کردند و در شش سال دادهٔ آرشیوی هیچ شواهدی از فعالیت تکرارشونده نیافتند. این مشاهدات فرضیه‌های منشأ را پالایش میکنند، مدل‌هایی را که میتوانند در محیط‌های تشکیل ستاره کم‌تر متمرکز فعالیت کنند تقویت میکنند و مگنتارها را بهعنوان یک کلاس منشأ محتمل در سنین مختلف برجسته می‌سازند.
فراتر از مورد خاص RBFLOAT، این نتیجه نشان میدهد چگونه ارتقاءهای فنی و پیگیری‌های هماهنگ میتوانند رویدادهای میلی‌ثانیه‌ای گذرا را به ابزارهای غنی اخترفیزیکی تبدیل کنند. با گسترش توانمندی‌های تعیین موقعیت توسط CHIME و دیگر تأسیسات رادیویی نسل بعد، جامعهٔ اخترفیزیک در آستانهٔ حل این پرسش است که آیا FRBها یک پدیدهٔ واحد‌اند یا خانواده‌ای از جرقههای کیهانی متمایز — و اینکه این انفجارهای مرموز چه چیزهایی دربارهٔ فیزیکِ شدید، تکامل ستاره‌های نوترونی و محیط میان‌ستاره‌ای مغناطیده‌شده به ما می‌گویند.
منبع: sciencedaily
.avif)
نظرات