سیگنالهای رادیویی مرموزی که از فضا به زمین می آیند، در همه جهات انتشار یافته اند و منبع آنها هنوز ناشناخته است. انفجارهای رادیویی سریع (FRB) که بسیار روشن و کم عمر هستند، دانشمندان را متحیر کرده اند.
گویا آی تی – ممکن است تلسکوپ رادیویی “آرایه کیلومتر مربعی استرالیایی پت فایندر (ASKAP)”پاسخ هایی برای سوالات آنها پیدا کند. سایت New Atlas با کیت بانیستر، یکی از ستاره شناسی که روی این پروژه کار می کند، در مورد آنچه در پس این سیگنالهای عجیب قرار دارد و اینکه چطور می توان از آنها رمزگشایی کرد، به صحبت نشسته است.
یکی از اهداف اصلی ASKAP، که در بخش جداگانه ای از غرب استرالیا و دور از تداخل های رادیویی شهرها قرار گرفته، مطالعه FRB است. این تلسکوپ اولین FRB ی خود را فقط چهار روز بعد از آغاز جستجوهایش، یعنی در ژانویه سال جاری، پیدا کرد. این سیگنال که FRB170107 نام گرفت، از صورت فلکی لئو (Leo) نشات گرفته بود و حدود شش میلیارد سال نوری مسافت را طی کرده بود تا به ما رسید.
انفجار رادیویی سریع چیست؟
بانیستر به ما گفت: “دانشمندان در نام گذاری چیزهای مختلف زیاد هم با دقت عمل نمی کنند: آنها سریع هستند، آنها رادیویی هستند، و آنها انفجاری هستند. وقتی می گوییم آنها رادیویی هستند، یعنی آنها را با تلسکوپ های رادیویی که شبیه یک بشقاب ماهواره بزرگ هستند، شناسایی می کنیم. و وقتی می گوییم آنها سریع هستند، واقعا هم سریع اند. کافیست یک لحظه غفلت کنید! در مدت کمتر از یک میلی ثانیه رد می شوند و می روند. و آنها انفجاری هستند. یعنی به یکباره رخ می دهند و اولین باری که آنها را ببینید، مصادف با آخرین بار خواهد بود”.
اولین FRB در سال ۲۰۰۷ شناسایی شد. در آن زمان دانشمندان در میان اطلاعات آرشیوی که سال ۲۰۰۱ به دست آورده بودند ، به یک انفجار کوتاه و تیز رسیدند که نمی توانستند آن را توضیح دهند. در طی چند سال بعد، دلیل وجود اکثر ناهنجاری هایی که در آن اطلاعات آرشیوی مشاهده می شد، کشف گردید. اما پدیده انفجارهای رادیویی سریع تا سال ۲۰۱۵ به صورت زنده مشاهده نشد. به طور کلی، کمتر از ۳۰ مورد از این سیگنالها، تاکنون شناسایی شده اند.
چه چیزی آنها را به وجود آورده است؟
به طور کلی، ستاره شناسان در این مورد مطمئن نیستند که چه چیزی این سیگنال ها را به وجود آورده است، اما به نظر می رسد رایج ترین منبع هایی که برای آنها پیشنهاد شده، تپ اخترها و مگنتارها بوده اند. این دو نوع ستاره نوترونی، میدان های مغناطیسی بسیار بزرگی دارند و انفجارهای رادیویی مشابهی تولید می کنند، اما تفاوت بین آنها در آنجاست که خودشان را تکرار می کنند. برخی از این تکرار ها مثل ساعت منظم کار می کنند، در حالی که سایر آنها الگوهای غیرقابل پیش بینی دارند. البته در هر صورت معمولا بیش از یک بار رخ می دهند. از طرف دیگر، FRB، عمدتا رویدادهایی هستند که فقط یک بار رخ می دهند، و همین باعث شده دانشمندان نتوانند منشا آنها را بیابند.
بانیستر می گوید: “تعداد نظریه هایی که در این مورد وجود دارد، بیشتر از تعداد انفجارهاست!. طیف منشاهای تصور شده برای این انفجار ها تقریبا همه چیز را در بر می گیرد، از نسخه های بزرگ شده ی آنچه ما در کهکشان خودمان دیده ایم، مانند یک تپ اختر یا یک مگنتار، تا چیزهایی که بسیار عجیب و غریب تر هستند: بعضی ها می گویند این سیگنال ها از تمدن های بیگانه ای به ما رسیده اند و گویا آنها به تازگی کاوش در کهکشان خود را آغاز کرده اند”.
این ایده های عجیب هم به توضیح رموز فضا کمک می کنند، اما اجماع نظر عمومی دانشمندان روی ایده ای است که بسیار پیش پا افتاده تر از این حرفهاست.
بانیستر می گوید: “در واقع جامعه علمی معتقد است هنوز هیچ چیز مشخص نیست. اما افرادی که نظریه های محافظه کارانه تری ارائه می دهند، می گویند شاید بتوان با استفاده از ستاره های نوترونی کارهایی انجام داد. یعنی یک تپ اختر را به عنوان یک ستاره نوترونی با یک میدان مغناطیسی عظیم در نظر بگیرید. سپس یک مگنتار را به عنوان یک ستاره نوترونی با میدان مغناطیسی بزرگتر از آن ببینید. به این ترتیب اگر بتوانید یک ستاره نوترونی پیدا کنید که میدان مغناطیسی بزرگتری داشته باشد، می توانید آن را تولید کننده یک FRB بدانید. به نظر من این گزینه از همه بهتر است، اما دانشمندان هیچ رشته ای نتوانسته اند آن را به طور کامل تبیین کنند”.
ستاره شناسان چگونه می توانند این معما را حل کنند؟
اولین گامهایی که به سمت پاسخ به سوال چیستی FRB ها برداشته می شود، پیدا کردن تعداد بیشتری از آنهاست. هر چه داده های بیشتری در اختیار داشته باشیم، تصویری که از آنها می سازیم واضح تر می شوند، و می توانیم آنها را سریع تر شناسایی کنیم. بعد تلسکوپ های بیشتری را به گونه ای تنظیم می کنیم که به آن قسمت معین از آسمان نگاه کنند، تا ببینند چه تعداد نقطه منشا برای این انفجارهای رادیویی سریع در آنجا کمین کرده اند.
یک جهش بزرگ رو به جلو آن خواهد بود که بدانیم چه زمانی انفجار رادیویی سریع رخ می دهد تا بتوانیم به دقت محل وقوع آن در آسمان را نگاه کنیم. سپس می توانیم ببینیم آیا در آن نقطه کهکشانی وجود دارد یا خیر. پاسخ این سوال چیزهای زیادی به شما خواهد گفت. اگر مشخص شود که FRB از انواع خاصی از کهکشان ها می آید، آنگاه می توانیم از آنچه در مورد آن کهکشان ها می دانیم استفاده کنیم تا روی FRB ها بیشتر کار کنیم. بعد باز می گردیم و این کار را تکرار می کنیم. تصاویر نوری تهیه می کنیم، به دنبال انفجارهای پرتو گاما یا اشعه ایکس می گردیم. زمانی که پیدا کردن آنها را آغاز کنید، می توانید به عقب برگردید و به آن قسمت خاص از آسمان با انواع متفاوتی از تلسکوپ ها نگاه کنید و هر آنچه می توانید، ببینید”.
در همین راستا، هر چه FRB های بیشتری مورد مطالعه قرار بگیرند، احتمالش بیشتر است که یک FRB درخشان و واضح مشاهده شود.
بانیستر می گوید: “وقتی به این انفجارها نگاه می کنید، هرگز نمی دانید که چه زمانی یکی از آنها بسیار غیرمعمول میشود. اگر این زمان را پیدا کنیم، قفل همه این رازها را باز می شود. پس همین که شواهد بیشتری جمع کنیم، از این لحاظ مفید خواهد بود که هم الان و هم در آینده، چیزی در آنها خواهیم یافت که واقعا عجیب و غریب است و واقعا کلید شناخت کل هم نوعانش خواهد بود”.
در واقع، این چیز عجیب و غریب مورد سوال ما، احتمالا تا همین لحظه هم کشف شده است. FRB121102 اولین نمونه ای بود که توسط تلسکوپ رادیویی آرسیبو در پورتوریکو پیدا شد و تاکنون، این تنها انفجار رادیویی سریع است که یک باره رخ داد است. این یافته ها، یا رازها را پیچیده تر می کنند، یا به حل آن کمک می کنند؛ باید منتظر ماند و دید.
بانیستر می گوید: “این چیز عجیب و غریب متعلق به یک خانواده است. ما آن را تکرار کننده (Repeater) می نامیم، زیرا فقط یکی از آن وجود دارد. این موجود حتی از پدیده انفجار های رادیویی سریع نیز مرموز تر است. ما معتقدیم احتمالا آنها با هم در ارتباط اند ، اما نمی دانیم این ارتباط دقیقا چگونه است”.
FRB چه چیز دیگری می تواند به ما بیاموزد؟
در کنار همه هیجانی که مطالعه FRB دارد، می توان آن را یک نوع جدید از اجسام آسمانی دانست. این جسم آسمانی یک درک جدید از این گوشه کوچک جهان که در آن هستیم به دست خواهد داد. آنها پیش از آنکه به ما برسند، یک مسافت بسیار زیاد را طی می کنند و وقتی به اینجا می رسند، نشانه هایی از سفرهای خود به همراه دارند.
بانیستر می گوید: ”ویژگی اصلی انفجارهای رادیویی، که از تپ اخترها و انفجارهای رادیویی سریع ناشی می شوند، آن است که می توانیم آنچه “پراکندگی” نامیده می شود را در آنها اندازه بگیریم. امواج رادیویی که آن تپ اختر یا انفجار رادیویی سریع تولید کرده، با سرعت های متفاوتی در فضا به حرکت می آیند، و این به خاطر جرمی است که آن امواج رادیویی از آن به وجود آمده اند. وقتی آنها به تلسکوپ های ما می رسند، می بینیم که طول موج های کوتاه زودتر می رسند و طول موج های بلندتر حدود یک ثانیه بعد از آن می رسند، و همین تاخیر زمانی به ما می گوید که آن امواج چه مقدار ماده را از سر گذرانده اند”.
در این سیستم، وقتی ببینیم یک انفجار رادیویی سریع دارای یک پراکندگی بزرگی است، یعنی امواج رادیویی حاصل از آن از تعداد بسیار زیادی الکترون گذر کرده اند. ستاره شناسان می توانند این داده ها را با آنچه در مورد آن ناحیه از آسمان می دانند، مقایسه کنند. اگر تعداد زیادی کهکشان در آن راستا وجود نداشت، یعنی این سگنال از جایی در دوردست ها آمده است. وقتی یک انفجار رادیویی سریع رخ می دهد و خاموش می شود، مطالعه پراکندگی آن به دانشمندان می گوید که چه مقدار ماده در راستای خط دید آن انفجار وجود دارد، و با داشتن اطلاعات کافی، در نهایت یک نقشه سه بعدی از جهان به نحو احسن ساخته می شود”.
ASKAP چه کمکی می کند؟
ASKAP جستجوی FRB را در اولین هفته ماه ژانویه امسال آغاز کرد، و در مدت چهار روز، اولین سیگنال را دریافت نمود. از آن زمان به بعد، دو FRB دیگر هم شناسایی شد. شناسایی این دو مورد آخر فقط با هشت بشقاب از مجموع ۳۶ بشقابی که در سیستم قرار داده شده بود، انجام شد. آن بشقاب ها، هر کدام ۱۲ متر (۴۰ فوت) قطر داشتند و هر کدام رو به جهت هایی متفاوت اما نزدیک به هم داشتند ، و آرایه ای می ساختند که منطقه وسیعی را پوشش می داد؛ درست مثل یک چشم مگس!”.
بانیستر می گوید: “این سیستم، در آن واحد ۳۶ تکه مختلف آسمان را نگاه می کند. این افزایش در نقاط تحت نظر در آسمان، واقعا چشمگیر است، و باعث می شود در تعداد FRB هایی که می توانیم هر روزه پیدا کنیم، تفاوت زیادی به وجود آید”.
بقیه این بشقاب ها، در طی ۱۲ تا ۱۸ آینده وارد سیستم خواهند شد و هرگاه این اتفاق افتاد، تعداد FRB هایی که این سیستم شناسایی می کند، به شکل قابل توجهی افزایش خواهد یافت.
بانیستر می گوید: “من فکر می کنم در ۱۲ ماه آینده، شاهد اتفاقات بسیار هیجان انگیزی خواهیم بود. زیرا در آن زمان تعداد زیادی تلسکوپ مانند ASKAP وجود خواهد داشت که به تازگی کار خود را آغاز کرده اند و هر گاه واقعا وارد مسیر کاری خود شوند، اطلاعات جدید بسیار زیادی به دست خواهند داد”.
مقاله ای که اکتشافات تیم ASKAP را توصیف کرده، در مجموعه مقالات نشریه Astrophysical منتشر شده است.
