اخترشناسان موفق شده‌اند منشأ دورترین انفجار رادیویی سریع (FRB) شناخته‌شده تا امروز را شناسایی کنند؛ سیگنالی که زمانی منتشر شده که عمر جهان تنها حدود ۳ میلیارد سال بود. نکته شگفت‌انگیز این کشف، کهکشان میزبان آن است: برخلاف انتظار پژوهشگران، این سیگنال از یک کهکشان کوتوله و بسیار جوان سرچشمه گرفته است؛ کهکشانی که بیشتر جرم ستاره‌ای آن در دوره‌ای نسبتاً کوتاه شکل گرفته است.
سیگنال FRB 20240304B چیست؟
این سیگنال که FRB 20240304B نام‌گذاری شده، در چهارم مارس ۲۰۲۴ با استفاده از آرایه تلسکوپ رادیویی MeerKAT در آفریقای جنوبی شناسایی شد.
انفجارهای رادیویی سریع یا FRBها، فوران‌هایی بسیار کوتاه از امواج رادیویی هستند که معمولاً تنها چند میلی‌ثانیه دوام دارند؛ با این حال، می‌توان آن‌ها را از فاصله‌های میلیاردها سال نوری شناسایی کرد. منشأ دقیق این پدیده‌ها هنوز مشخص نیست و اخترشناسان همچنان در حال بررسی سازوکارهای احتمالی تولید آن‌ها هستند.
سیگنال جدید بیش از ۱۰ میلیارد سال در مسیر رسیدن به زمین حرکت کرده است. این کشف، رکورد فاصله شناخته‌شده برای یک انفجار رادیویی سریع را جابه‌جا می‌کند و امکان بررسی این پدیده‌ها را در دوره‌ای بسیار قدیمی از تاریخ جهان فراهم می‌سازد.
چرا کهکشان میزبان دانشمندان را غافلگیر کرد؟
پس از شناسایی سیگنال، پژوهشگران تلاش کردند کهکشان میزبان آن را پیدا کنند. تلسکوپ‌های قدرتمند زمینی نتوانستند در موقعیت موردنظر کهکشانی را آشکار کنند؛ به همین دلیل، تیم پژوهشی از تلسکوپ فضایی جیمز وب کمک گرفت.
ابزارهای فروسرخ جیمز وب سرانجام توانستند کهکشان میزبان را شناسایی کنند. بررسی‌ها نشان داد این کهکشان، برخلاف انتظار اولیه، یک کهکشان کوتوله با جرم بسیار کمتر از پیش‌بینی پژوهشگران است.
ویژگی‌های این کهکشان نیز غیرمعمول بود:
- جرم کم: جرم کهکشان حدود هزار برابر کمتر از چیزی بود که پژوهشگران انتظار داشتند.
- ستاره‌زایی فعال: این کهکشان همچنان در حال تشکیل ستاره‌های جدید است.
- جوان بودن جمعیت ستاره‌ای: حدود ۹۰ درصد جرم ستاره‌ای آن در ۳۰ میلیون سال گذشته شکل گرفته است.
این ویژگی‌ها به اخترشناسان کمک می‌کند منشأ احتمالی انفجار رادیویی را بهتر بررسی کنند.
آیا یک مگنتار این انفجار را ایجاد کرده است؟
یکی از توضیح‌های احتمالی برای تولید انفجارهای رادیویی سریع، وجود مگنتارها است؛ نوعی ستاره نوترونی با میدان مغناطیسی فوق‌العاده قدرتمند.
مگنتارها می‌توانند در مدت نسبتاً کوتاهی پس از شکل‌گیری ستاره‌های پرجرم ایجاد شوند و انرژی مغناطیسی خود را آزاد کنند. از آنجا که کهکشان میزبان FRB 20240304B جمعیت ستاره‌ای جوانی دارد و ستاره‌زایی در آن فعال است، پژوهشگران این سناریو را توضیحی محتمل می‌دانند.
فرضیه دیگر، برخورد دو ستاره نوترونی است. با این حال، چنین برخوردهایی معمولاً پس از دوره‌ای طولانی از تحول سامانه‌های ستاره‌ای رخ می‌دهند؛ بنابراین، سن کم جمعیت ستاره‌ای کهکشان میزبان باعث شده است فرضیه مگنتار با شرایط مشاهده‌شده سازگاری بیشتری داشته باشد.
با وجود این، منشأ دقیق این انفجار هنوز اثبات نشده است و نمی‌توان با قطعیت گفت که یک مگنتار آن را ایجاد کرده است.
انفجار رادیویی چگونه به مطالعه ماده پنهان جهان کمک می‌کند؟
اهمیت این کشف فقط به ثبت یک رکورد فاصله محدود نمی‌شود. امواج رادیویی هنگام عبور از گازهای یونیزه میان کهکشان‌ها، تحت تأثیر ماده‌ای قرار می‌گیرند که ممکن است مشاهده مستقیم آن دشوار باشد.
در این فرایند، امواج با فرکانس‌های پایین‌تر معمولاً بیشتر از امواج فرکانس بالاتر به تأخیر می‌افتند. همچنین، آشفتگی گاز در محیط میان‌ستاره‌ای و میان‌کهکشانی می‌تواند شکل سیگنال را تغییر دهد.
اخترشناسان با اندازه‌گیری این تغییرات می‌توانند درباره مقدار و توزیع ماده در مسیر حرکت سیگنال اطلاعات به دست آورند. در مورد FRB 20240304B، داده‌ها به شناسایی یک گروه کهکشانی ناشناخته در فاصله حدود ۳.۵ میلیارد سال نوری و بررسی اثر محیط خوشه کهکشانی سنبله نیز کمک کرده‌اند.
به این ترتیب، انفجارهای رادیویی سریع می‌توانند مانند چراغ‌هایی کیهانی عمل کنند و اطلاعاتی درباره ساختارهایی ارائه دهند که شناسایی مستقیم آن‌ها دشوار است.
چرا کشف انفجارهای رادیویی از جهان اولیه مهم است؟
بیشتر انفجارهای رادیویی سریعی که تاکنون شناسایی شده‌اند، از دوره‌های نزدیک‌تر به زمان کنونی جهان آمده‌اند و تنها تعداد محدودی از آن‌ها به کهکشان میزبان مشخصی نسبت داده شده‌اند.
شناسایی FRB 20240304B نشان می‌دهد این پدیده‌ها در دوره‌ای بسیار قدیمی‌تر از تاریخ جهان نیز وجود داشته‌اند. بررسی نمونه‌های بیشتری از این نوع می‌تواند به دانشمندان کمک کند بفهمند چه شرایطی در کهکشان‌های جوان به تولید انفجارهای رادیویی سریع منجر می‌شود.
این کشف همچنین توانایی تلسکوپ جیمز وب را در شناسایی کهکشان‌هایی نشان می‌دهد که با ابزارهای زمینی به‌سادگی قابل مشاهده نیستند.
جمع‌بندی
اخترشناسان با ترکیب داده‌های تلسکوپ رادیویی MeerKAT و مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب، توانستند کهکشان میزبان دورترین انفجار رادیویی سریع شناخته‌شده را شناسایی کنند. این سیگنال از زمانی می‌آید که جهان حدود ۳ میلیارد سال عمر داشت و منشأ آن کهکشانی کوتوله، جوان و فعال در زمینه ستاره‌زایی است.
ویژگی‌های این کهکشان، مگنتار را به یکی از توضیح‌های محتمل برای منشأ سیگنال تبدیل کرده‌اند؛ هرچند هنوز پاسخ قطعی درباره سازوکار تولید انفجارهای رادیویی سریع وجود ندارد. پژوهش منتشرشده در مجله Science می‌تواند راه را برای مطالعه بیشتر این پدیده‌ها و ماده میان کهکشان‌ها در جهان اولیه باز کند.
منابع: ScienceAlert، NASA/ESA/CSA، Phys.org
