اخترشناسان دورترین انفجار رادیویی سریع ثبت‌شده تاکنون را شناسایی کرده‌اند؛ سیگنالی که از زمانی به زمین رسیده است که عمر جهان تنها حدود ۳ میلیارد سال بود. بررسی منشأ این سیگنال با کمک تلسکوپ فضایی جیمز وب، دانشمندان را به کهکشانی کوتوله و جوان رسانده است که برخلاف انتظار، جرمی بسیار کمتر از پیش‌بینی‌ها دارد و می‌تواند سرنخ مهمی درباره منشأ این پدیده‌های کیهانی مرموز فراهم کند.
به گزارش سیناپرس، گاهی از اعماق فضا، سیگنال‌هایی رادیویی به زمین می‌رسند که تنها کسری از ثانیه دوام دارند و سپس ناپدید می‌شوند؛ سیگنال‌هایی که با وجود نزدیک به دو دهه پژوهش، هنوز پرسش‌های مهمی درباره منشأ آن‌ها بی‌پاسخ مانده است. اکنون شناسایی یکی از دورترین نمونه‌های این پدیده، دریچه تازه‌ای به سوی شناخت این انفجارهای مرموز و کهکشان‌های میزبان آن‌ها گشوده است.
این سیگنال که با نام FRB 20240304B شناخته می‌شود، از دسته انفجارهای رادیویی سریع یا FRBهاست؛ فوران‌هایی کوتاه از امواج رادیویی که از فواصل بسیار دور کیهانی به ما می‌رسند. این سیگنال در مارس ۲۰۲۴ با استفاده از تلسکوپ رادیویی میرکت در آفریقای جنوبی شناسایی شد. این مجموعه رادیویی از ۶۴ آنتن تشکیل شده است و برای رصد پدیده‌های دوردست کیهانی به کار می‌رود.
اهمیت این کشف فقط به فاصله بسیار زیاد سیگنال محدود نمی‌شود؛ بلکه ویژگی‌های کهکشان میزبان آن نیز با انتظارات اخترشناسان تفاوت دارد.
سیگنالی از دوران اوج شکل‌گیری ستارگان
این انفجار رادیویی از دوره‌ای در تاریخ کیهان به ما رسیده است که اخترشناسان آن را «ظهر کیهانی» می‌نامند؛ دوره‌ای که حدود ۳ میلیارد سال پس از مهبانگ، شکل‌گیری ستارگان در جهان در اوج خود قرار داشت.
مانیشا کالب، نویسنده اصلی پژوهش و اخترفیزیک‌دان دانشگاه سیدنی، می‌گوید جذابیت انفجارهای رادیویی سریع در این است که دانشمندان هنوز نمی‌دانند دقیقاً چه اجرامی آن‌ها را تولید می‌کنند. برای توضیح این پدیده نظریه‌های مختلفی مطرح شده، اما هنوز شواهد قطعی برای تعیین منشأ همه این انفجارها در دست نیست.
یکی از نامزدهای اصلی، «مگنتار» است؛ نوعی ستاره نوترونی با میدان مغناطیسی فوق‌العاده قدرتمند. ستاره‌های نوترونی بقایای متراکم ستارگان پرجرمی هستند که پس از پایان عمر خود، بخش عمده‌ای از جرمشان در حجمی بسیار کوچک فشرده می‌شود. مگنتارها نیز با میدان‌های مغناطیسی استثنایی خود می‌توانند انرژی عظیمی آزاد کنند.
بااین‌حال، منشأ انفجارهای رادیویی سریع همچنان محل بحث است. انرژی این انفجارها در مقایسه با برخی رویدادهای پرانرژی کیهانی، مانند ابرنواخترها و فوران‌های پرتو گاما، محدودتر است؛ موضوعی که به طرح مدل‌های نظری متعدد برای توضیح چگونگی تولید آن‌ها انجامیده است.
جی. خاویر پروچاسکا، اخترشناس و اخترفیزیک‌دان دانشگاه کالیفرنیا در سانتا کروز، می‌گوید تاکنون نزدیک به ۱۰۰ مدل برای توضیح منشأ این انفجارها پیشنهاد شده است. به گفته او، پژوهشگران می‌توانند با مشاهده و آزمایش، بسیاری از این مدل‌ها را رد کنند، اما اثبات قطعی یک مدل به شواهد بیشتری نیاز دارد.
جست‌وجوی کهکشان میزبان؛ از تاریکی تا کشف جیمز وب
پس از شناسایی سیگنال، اخترشناسان تلاش کردند کهکشان میزبان آن را پیدا کنند. با این حال، رصدهای اولیه با دو تلسکوپ زمینی حساس نتوانستند نشانه روشنی از این کهکشان آشکار کنند.
پژوهشگران در ادامه از تلسکوپ فضایی جیمز وب کمک گرفتند؛ تلسکوپی که توانایی چشمگیری در رصد نور فروسرخ اجرام بسیار دوردست دارد.نتیجه برخلاف انتظار بود. دانشمندان تصور می‌کردند منبع چنین انفجاری ممکن است در کهکشانی بزرگ و پرستاره قرار داشته باشد، اما جیمز وب کهکشانی کوتوله و کوچک را آشکار کرد که با وجود ابعاد محدودش، همچنان در حال شکل‌دادن به ستارگان جدید است.
بر اساس یافته‌های پژوهش، جرم این کهکشان حدود هزار برابر کمتر از مقداری است که اخترشناسان انتظار داشتند. افزون بر این، حدود ۹۰ درصد جرم ستاره‌ای آن در ۳۰ میلیون سال گذشته شکل گرفته است؛ ویژگی‌ای که از جوان بودن جمعیت ستارگان آن حکایت دارد.
این کشف سرنخ مهمی برای تعیین منشأ انفجار رادیویی فراهم می‌کند. پژوهشگران با توجه به سن کم کهکشان و فعالیت ستاره‌زایی آن، احتمال نقش مگنتارها را جدی‌تر می‌دانند.
چرا مگنتارها گزینه محتمل‌تری هستند؟
یکی دیگر از نظریه‌های مطرح درباره منشأ انفجارهای رادیویی سریع، برخورد دو ستاره نوترونی است. چنین برخوردی می‌تواند به تشکیل سیاه‌چاله یا ستاره نوترونی بسیار سنگین منجر شود و در فرایند آن، عناصر سنگینی مانند طلا نیز تولید شوند.اما این سناریو با یک محدودیت زمانی روبه‌روست: ستاره‌های نوترونی دوتایی ممکن است میلیاردها سال به دور یکدیگر بچرخند تا سرانجام با هم برخورد کنند. بنابراین، وقوع چنین رویدادی در کهکشانی که جمعیت ستاره‌ای آن بسیار جوان است، توضیح ساده‌ای ندارد.
در مقابل، مگنتارها می‌توانند در بازه زمانی بسیار کوتاه‌تری، یعنی طی چند میلیون سال، شکل بگیرند و انرژی مغناطیسی خود را آزاد کنند. این ویژگی با شرایط کهکشان میزبان سیگنال تازه‌شناسایی‌شده سازگاری بیشتری دارد.
ترکیب این شواهد باعث شده است که پژوهشگران مگنتار را به‌عنوان یکی از توضیح‌های محتمل‌تر برای این انفجار مطرح کنند؛ هرچند هنوز نمی‌توان آن را منشأ قطعی سیگنال دانست.
سیگنال رادیویی چگونه ساختارهای پنهان کیهان را آشکار می‌کند؟
اهمیت انفجارهای رادیویی سریع فقط به منشأ آن‌ها محدود نیست. این سیگنال‌ها هنگام عبور از فضای میان کهکشان‌ها، اطلاعاتی درباره محیطی که از آن گذشته‌اند نیز با خود حمل می‌کنند.امواج رادیویی هنگام عبور از گاز یونیده میان‌کهکشانی، بسته به فرکانس خود، به شکل متفاوتی تحت تأثیر قرار می‌گیرند. امواج با فرکانس پایین‌تر بیشتر از امواج با فرکانس بالاتر تأخیر پیدا می‌کنند. آشفتگی گاز نیز می‌تواند سیگنال را پراکنده کند و مدت ثبت آن را افزایش دهد.
به همین دلیل، دانشمندان می‌توانند با بررسی تغییرات سیگنال دریافتی، درباره ماده پراکنده در مسیر آن اطلاعات به دست آورند؛ حتی اگر این ماده مستقیماً قابل مشاهده نباشد.در مورد FRB 20240304B، بررسی سیگنال به شناسایی نشانه‌هایی از دو ساختار کیهانی در مسیر حرکت آن کمک کرد: یک گروه کهکشانی ناشناخته در فاصله حدود ۳٫۵ میلیارد سال نوری از زمین و خوشه کهکشانی سنبله در فاصله تقریبی ۵۴ میلیون سال نوری.
این یافته نشان می‌دهد انفجارهای رادیویی سریع می‌توانند علاوه بر آشکار کردن محیط کهکشان میزبان خود، به ابزاری برای مطالعه ماده میان‌کهکشانی و ساختارهای بزرگ‌مقیاس جهان تبدیل شوند.
گامی تازه در مطالعه جهان اولیه
تا امروز، کهکشان میزبان تنها حدود ۱۰۰ انفجار رادیویی سریع با اطمینان شناسایی شده است و بسیاری از نمونه‌های شناخته‌شده در فاصله‌هایی به‌مراتب نزدیک‌تر از این سیگنال قرار دارند.
به همین دلیل، شناسایی FRB 20240304B فرصتی کم‌سابقه برای بررسی این پدیده‌ها در دوره‌ای بسیار دور از تاریخ کیهان فراهم می‌کند؛ دوره‌ای که اطلاعات مستقیم درباره بسیاری از اجرام و محیط‌های آن هنوز محدود است.
پروچاسکا معتقد است این کشف نشان می‌دهد انفجارهای رادیویی سریع در چنین دوره‌های دوری از تاریخ جهان نیز وجود داشته‌اند و می‌تواند زمینه‌ساز پژوهش‌های هدفمند برای یافتن نمونه‌های بیشتر در فواصل دورتر شود.
اگر اخترشناسان بتوانند انفجارهای بیشتری را در چنین فاصله‌هایی شناسایی و کهکشان‌های میزبان آن‌ها را بررسی کنند، احتمالاً درک دقیق‌تری از منشأ این سیگنال‌ها، تحول ستارگان پرجرم و شرایط فیزیکی جهان جوان به دست خواهند آورد.نتایج این پژوهش در نشریه علمی Science منتشر شده است.
مترجم:ندا جوادهراتی