کشف سیگنال رادیویی که از ۲۰۰ میلیون سال نوری دورتر به زمین رسید!

راز بقا: یک انفجار رادیویی مرموز از فضا که در سال ۲۰۲۲ شناسایی شد، از میدان مغناطیسی یک ستاره نوترونی فوق‌چگال واقع در ۲۰۰ میلیون سال نوری دورتر سرچشمه گرفته است.

این نوع انفجار‌های ستاره‌ای کوتاه‌مدت که به‌عنوان فوران‌های رادیویی سریع (FRB) شناخته می‌شوند، تنها هزارم ثانیه طول می‌کشند، اما به اندازه‌ای انرژی دارند که گاه حتی ممکن است از کهکشان‌های کامل نیز درخشنده‌تر باشند.

ستاره‌شناسان از سال ۲۰۰۷ که نخستین نمونه از این نوع شناسایی شد، هزاران فوران رادیویی سریع را شناسایی کرده‌اند، اما چگونگی انتشار این فوران‌ها به فضا هنوز کاملا روشن نیست.

بررسی جدیدی که هفته گذشته در مجله طبیعت (Nature) منتشر شد، بر اف‌آر‌بی ۲۰۲۲۱۰۲۲ای (FRB ۲۰۲۲۱۰۲۲A)، فوران کشف‌شده در سال ۲۰۲۲، متمرکز شد تا به برخی از پاسخ‌ها دست یابد.

پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست در ایالات متحده روشنایی این فوران را بررسی کردند و تخمین زدند که این فوران احتمالا از مغناطیس‌سپهر [یا مگنتوسفر] یک ستاره نوترونی یعنی ناحیه‌ای با میدان مغناطیسی قوی که مستقیما پیرامون آن قرار دارد، سرچشمه گرفته است.

این یافته‌ها نخستین شواهد قطعی به شمار می‌روند که نشان می‌دهند فوران‌های رادیویی سریع می‌توانند از مگنتوسفر چنین ستاره‌های فوق‌فشرده‌ای سرچشمه بگیرند.

کنزی نیمو، نویسنده اصلی این مقاله، گفت: «در این محیط‌های ستاره‌های نوترونی، میدان‌های مغناطیسی واقعا در حد نهایی چیزی قرار دارند که گیتی می‌تواند تولید کند.»

مطالعات قبلی پیش‌بینی کرده بودند که اتم‌ها پیرامون چنین ستاره‌های نوترونی مغناطیسی که به آنها «مگنتار» گفته می‌شود، به‌راحتی از هم گسیخته می‌شوند.

دکتر نیمو گفت: «بحث‌های زیادی وجود داشت که آیا این انتشار رادیویی درخشان حتی از آن پلاسمای شدید هم می‌تواند فرار کند یا خیر.»

«اینجا نکته هیجان‌انگیز این است که ما متوجه شدیم انرژی ذخیره شده در آن میدان‌های مغناطیسی نزدیک به منبع، به گونه‌ای پیچ‌وتاب می‌خورد و بازآرایی می‌شود که می‌تواند به شکل امواج رادیویی آزاد شود و ما می‌توانیم آن را در میانه راه در کیهان مشاهده کنیم.»

این یافته‌های جدید درباره فیزیک عامل این فوران که تاکنون مبهم بوده است، هم اطلاعات بیشتری ارائه می‌دهند.

برخی نظریه‌ها پیشنهاد می‌کنند که فوران‌های سریع رادیویی از مگنتوسفر اجرام کیهانی فشرده سرچشمه می‌گیرند، در حالی که برخی دیگر آنها را به موج‌های شوک حاصل از جسم مرکزی مرتبط می‌دانند.

پژوهشگران در مطالعه اخیر، اثر سوسوزنی نوری را بررسی کردند. این اثر هنگامی رخ می‌دهد که نور از یک منبع کوچک و درخشان مانند یک ستاره نوترونی، از میان ماده‌ای مثل گاز یک کهکشان عبور می‌کند. 

نور در چنین حالتی به گونه‌ای خم می‌شود که ستاره برای یک ناظر دوردست به صورت چشمک‌زن دیده می‌شود. هرچه جسم دورتر و کوچک‌تر باشد، بیشتر چشمک می‌زند.

دانشمندان پیش‌تر این موضوع بررسی کرده بودند که آیا میزان چشمک‌زنی یک فوران رادیویی سریع می‌تواند به یافتن اندازه منطقه‌ای که سیگنال رادیویی از آن سرچشمه گرفته است کمک کند یا نه.

هرچه این ناحیه کوچک‌تر تشخیص داده شود، احتمال بیشتری وجود دارد که فوران رادیویی سریع از منبعی نزدیک به سطح ستاره سرچشمه گرفته باشد.

سیگنال نوری فوران اف‌آر‌بی ۲۰۲۲۱۰۲۲ای هنگامی که در سال ۲۰۲۲ شناسایی شد، حدود دو میلی‌ثانیه طول کشید و یک ویژگی برجسته داشت: این سیگنال به‌شدت قطبیده بود و زاویه قطبش آن یک منحنی اس (S) شکل هموار را ترسیم می‌کرد.

این ویژگی خاص به‌عنوان مدرکی در نظر گرفته شد که نشان می‌داد محل انتشار فوران در حال چرخش است؛ ویژگی که در ستاره‌های نوترونی چرخان و با میدان مغناطیسی قوی که به آنها تپ‌اختر گفته می‌شود، دیده می‌شود.

پژوهشگران سپس تعیین کردند که فوران رادیویی از منطقه‌ای کوچک در فاصله‌ای حدود ۱۰ هزار کیلومتری از سطح ستاره نوترونی، سرچشمه گرفته است.

دانشمندان گفتند: «این فاصله کمتر از فاصله میان نیویورک و سنگاپور است.»

کایوشی ماسویی، یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: «بزرگنمایی تا منطقه‌ای ۱۰ هزار کیلومتری از فاصله ۲۰۰ میلیون سال نوری، مانند توانایی اندازه‌گیری یک مارپیچ دی‌ان‌ای با عرض حدود ۲ نانومتر روی سطح ماه است.»

این یافته‌ها برای نخستین بار ثابت می‌کنند که فوران‌های رادیویی سریع می‌توانند از محیط‌های مغناطیسی بسیار آشفته نزدیک به ستاره‌های نوترونی ناشی شوند.