الطبيعة غير المعروفة للانفجارات الراديوية الكونية

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

واحدة من أكثر الظواهر الكونية غموضا هي الاندفاعات الراديوية السريعة. هذه إشارات راديوية قصيرة مدتها عدة مللي ثانية وذات طبيعة غير معروفة ، ناتجة عن إطلاق كمية هائلة من الطاقة. لقد مر أكثر من عقد على اكتشافها ، لكن علماء الفيزياء الفلكية ما زالوا يحاولون معرفة آليات حدوثها. يستشهد الباحثون بالنجوم النيوترونية والثقوب السوداء وحتى نواقل الحضارات الفضائية كمصادر محتملة.

إشارات غامضة

مع الاندفاعات الراديوية السريعة ، بالمللي ثانية ، يتم إطلاق قدر كبير من الطاقة كما انبعثت الشمس على مدى عدة عشرات الآلاف من السنين. الفرضية الرئيسية هي أنها ناجمة عن أحداث كارثية ، مثل اندماج نجمين نيوترونيين ، أو وميض من تبخر ثقب أسود ، أو تحول نجم نابض إلى ثقب أسود. لفترة طويلة ، كان يُعتقد أن الدفقات الراديوية يمكن أن تحدث مرة واحدة فقط ، ولكن في عام 2015 تم اكتشاف أن الاندفاع الراديوي السريع المسجل مسبقًا FRB 121102 يتكرر بطريقة غير دورية.

يقع FRB 121102 في مجرة قزمة على بعد ثلاثة مليارات سنة ضوئية من الأرض ، وظل لعدة سنوات المصدر الوحيد المعروف للانفجارات الراديوية المتكررة ، على الرغم من عمليات البحث الدقيقة. ومع ذلك ، في يناير 2019 ، ظهر مقال لعلماء من التعاون الكندي CHIME في مجلة Nature ، حيث تم الإبلاغ عن إعادة تسجيل الإشارات من مصدر آخر - 180814. J0422 + 73. سجل التلسكوب الراديوي التداخل CHIME (تجربة رسم خرائط كثافة الهيدروجين الكندية) ست دفعات راديوية سريعة أتت من مجرة على بعد 1.3 مليار سنة ضوئية.

تشبه الإشارات في بنية التردد الخاصة بها وخصائصها الطيفية الإشارات من FRB 121102 ، مما يشير إلى آلية مماثلة لتكوينها ونفس طبيعة المصدر. يشير الاكتشاف إلى وجود نوع منفصل من الانفجارات الراديوية السريعة ، والتي لا يمكن أن تكون ناجمة عن أحداث كارثية بسبب تكرارها على وجه التحديد.

المجرة الصامتة

في أغسطس 2019 ، حدد فريق دولي من العلماء لأول مرة مصدر انفجار راديو سريع واحد FRB 180924 ، والذي نشأ في مجرة تبعد أربعة مليارات سنة ضوئية.

باستخدام مقياس التداخل اللاسلكي ASKAP الموجود في أستراليا ، حدد علماء الفلك موقع مصدر FRB ، ثم حسبوا المسافة إليه من خلال تحليل البيانات من التلسكوبات الأرضية البصرية Gemini و Keck و VLT. اتضح أن التوهج الراديوي حدث في مجرة ضخمة بحجم مجرة درب التبانة ، على بعد 13 ألف سنة ضوئية من مركزها. السمة المميزة للمجرة هي عدم وجود عمليات ولادة نجوم جديدة.

هذا على عكس الإشارة المتكررة FRB 121102 ، والتي تقع في منطقة تشكل النجم النشط. وبالتالي ، يجب أن يكون للدفقات الراديوية السريعة المفردة والمتكررة أصول مختلفة. في حالة FRB 121102 ، يبدو أن إشارة الراديو تمر عبر مجال مغناطيسي قوي حول نجم مغناطيسي ، وهو نوع خاص من النجوم النيوترونية.

قريبًا ، أبلغ علماء الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في الولايات المتحدة عن اكتشاف انفجار راديو سريع آخر FRB 190523 ، والذي حدث أيضًا في بيئة هادئة نسبيًا - في مجرة تشبه مجرة درب التبانة وتبعد 7.9 مليار سنة ضوئية من الأرض.

يدحض هذان الاكتشافان أن الانفجارات الراديوية السريعة لا يمكن أن تحدث إلا في المجرات القزمة الشابة التي تحتوي على عدد كبير من النجوم المغناطيسية.

ثمانية توائم

في أغسطس 2019 ، ظهر مقال بالتعاون الكندي CHIME في مستودع arXiv.org لما قبل الطباعة ، والذي أبلغ عن اكتشاف ثماني إشارات راديو متكررة. وميض مصدرين للإشارات اللاسلكية - FRB 180916 و FRB 181119 - أكثر من مرتين (عشر مرات وثلاث مرات على التوالي) ، بينما أرسل الباقي إشارات راديو متكررة مرة واحدة فقط ، وكانت أطول فترة توقف بين تسجيل موجات الراديو هي 20 ساعة. وفقًا للباحثين ، قد يشير هذا إلى أن العديد من FRBs متكررة بالفعل ، لكن بعضها أكثر نشاطًا من البعض الآخر.

أظهرت معظم الدفقات الثماني الجديدة السريعة انخفاضًا في تردد الإشارة مع كل رشقة متكررة ، والتي قد تكون المفتاح لفهم الآلية التي تنتج هذه الظواهر. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي FRB 180916 على أدنى معدلات تشتت الإشارة ، مما يشير إلى القرب النسبي للمصدر من الأرض. وخلص الباحثون إلى أن ذلك يمكن أن يساعد أيضًا في تحديد طبيعة انفجار الراديو.

نجوم الجحيم

في أواخر صيف عام 2019 ، أفاد العلماء في المركز الوطني للفيزياء المشعة في الهند أن النجوم المغناطيسية لا تزال واحدة من أكثر المصادر احتمالية للانفجارات الراديوية السريعة (على الأقل تلك المتكررة).

لوحظ المغنطيسي الشاذ XTE J1810-197 باستخدام التلسكوب الراديوي العملاق Metrewave. تم تسجيل نبضات من المللي ثانية من البث اللاسلكي ، تشبه ومضات من تكرار FRB 180814. J0422 + 73.

يقع هذا النجم المغناطيسي على بعد 10 آلاف سنة ضوئية من الأرض. تم اكتشافه في عام 2003 وتوقف تدريجياً عن انبعاثه في عام 2008. ومع ذلك ، في عام 2018 ، حدث تفشي جديد له ، والذي بدأ أيضًا في التلاشي تدريجياً. ومن المثير للاهتمام ، أن النجوم المغناطيسية لا تصدر عادةً أي انبعاثات راديوية ، وكان XTE J1810-197 هو المصدر الأول لانبعاث الراديو من هذا النوع. قادت ندرة هذا الجسم ، مثل الانفجارات الراديوية المتكررة ، العلماء إلى الاعتقاد بأن كلتا الظاهرتين قد تكون مرتبطة ببعضهما البعض.

حفرة صاخبة

في سبتمبر 2019 ، أفاد علماء الفلك الصينيون أنهم اكتشفوا دفقات راديوية متكررة جديدة (FRBs) من FRB 121102. تم الكشف عن الإشارات بواسطة تلسكوب لاسلكي FAST بطول 500 متر مع مستقبل 19 شعاعًا في مقاطعة Guizhou. من نهاية أغسطس إلى سبتمبر ، تم تسجيل أكثر من 100 طفرة ، وهو رقم قياسي بين جميع FRBs المسجلة.

بحلول ذلك الوقت ، بدأ العلماء يفترضون أن FRB 121102 عبارة عن ثقب أسود هائل يتجاوز كتلة الشمس بمقدار 10-100 مليون مرة ويولد مجالًا مغناطيسيًا قويًا ، ويمكن أن يكون النجم النيوتروني أو البلازما المتأثرة بالثقب هو المصدر المباشر. مصدر النيران. تفسير آخر محتمل هو أن FRB 121102 عبارة عن plerion ممغنط ، سديم تغذيه الرياح النجمية من نجم نابض.

بينما لا تزال الدفقات الراديوية السريعة غير مفسرة حتى الآن ، تم تقديم الكثير من البيانات إلى المجتمع العلمي في عام 2019 مما يجعل علماء الفلك أقرب إلى الحل. اتضح أنه يمكن تكرار FRBs ، وربما يفعلون ذلك كثيرًا. في هذه الحالة ، يتم إنشاؤها بواسطة أجسام غريبة نوعًا ما مثل النجوم النيوترونية (النجوم النابضة والمغناطيسية) ، الموجودة في وسط بين نجمي مناسب. تحدث الانفجارات الفردية في ظروف أقل اضطرابًا: المجرات حيث يكون تكوين النجوم بطيئًا جدًا. هذه الظواهر ، على الأرجح ، تحدث بالفعل بسبب عمليات كارثية.