دریافت سیگنال های عجیب از فضا - فیس راز

انفجارهای رادیویی سریع (FRB) هم مانند انفجارهای پرتوی گاما (GRB) و امواج گرانشی (GW)، یکی از قدرتمندترین و اسرارآمیزترین پدیده های نجومی هستند. این رویدادهای گذرا از انفجارهایی تشکیل شده اند که انرژی آن ها در چند میلی ثانیه از انرژی خورشید در سه روز بیشتر است. بااینکه اغلب انفجارها تنها چند میلی ثانیه دوام می آورند، در بعضی رویدادهای نادر FRB-ها تکرار می شوند. بااینکه ستاره شناس ها هنوز از علت این رویدادها مطمئن نیستند و نظرهای متفاوتی درباره این پدیده وجود دارند، رصدهای اختصاصی و همکاری های بین المللی به شکل چشمگیری تعداد رویدادهای کشف شده را افزایش داده اند.

رصدخانه CHIME (آزمایش نقشه برداری شدت هیدروژن کانادا)، تلسکوپ رادیویی نسل بعدی واقع در رصدخانه رادیویی اخترفیزیکی دومینیون (DRAO) در بریتیش کلمبیای کانادا است. این تلسکوپ به لطف میدان دید وسیع و پوشش فرکانسی بالا، ابزاری مهم برای کشف FRB-ها (بیش از 1000 منبع تا امروز) است. همکاری مشترک CHIME/FRB با استفاده از نوع نوی از الگوریتم به شواهدی از بیست وپنج FRB نو و تکرارشونده در داده های CHIME رسید که بین سال های 2019 و 2021 کشف شدند.

FRB-ها با وجود ماهیت اسرارآمیز، فراوان هستند و بر اساس برترین تخمین ها این رویدادها روزانه هزار بار به زمین می رسند. هیچ کدام از نظریه ها یا مدل های پیشنهادی نتوانسته اند به طور کامل ویژگی ها یا منبع این انفجارها را شرح دهند. بااینکه بعضی علت این انفجارها را ستاره های نوترونی و سیاه چاله ها می دانند (به علت چگالی انرژی بالای محیط اطرافشان)، بعضی دیگر با این دسته بندی مخالف اند. به همین علت نظریه های دیگری مثل تپ اخترها و مگنتارها تا GRB-ها و ارتباطات فرازمینی برای این پدیده ها برشمرده می شوند.

هدف اولیه CHIME، میزان گیری تاریخ انبساط دنیا به وسیله کشف هیدروژن خنثی بود. دقیقا 370 هزار سال پس از بیگ بنگ، دنیا مملو از این گاز بود و تنها فوتون های موجود، تشعشعات حاصل از بیگ بنگ موسوم به تابش پس زمینه کیهانی (CMB) بودند یا به وسیله اتم های هیدروژن خنثی منتشر می شدند. به همین علت ستاره شناس ها و کیهان شناس ها به این دوره عصر تاریکی می گویند که پس از یک میلیارد سال با یونیزاسیون مجدد هیدروژن خنثی در اولین ستاره ها و کهکشان ها به خاتمه رسید (عصر یونیزاسیون مجدد).

همان طور که در بالا هم گفته شد، CHIME در اصل برای کشف طول موج نوری که هیدروژن خنثی جذب و منتشر می نماید (موسوم به خط هیدروژن 21 سانتی متری) طراحی شده بود. بدین ترتیب ستاره شناسان می توانند سرعت انبساط دنیا را در عصر تاریکی میزان گیری نمایند و آن را با عصرهای بعدی دنیا مرئی مقایسه نمایند. بااین حال CHIME به علت برخورداری از میدان دید عریض و پوشش طیف وسیعی از فرکانس ها (400 تا 800 مگاهرتز)، توانایی خود را برای آنالیز FRB-ها نیز اثبات نموده است. بنابراین هدف همکاری CHIME/FRB، کشف و شناسایی FRB-ها و ردیابی منبع آن ها است.

زیگی پلونیس، مؤلف ارشد پژوهش و دانشجوی پسادکترای دانلپ در مصاحبه با یونیورس تود گفت، هر FRB بر اساس موقعیتش در آسمان و کمیتی به نام شاخص پراکندگی (DM) توصیف می گردد. این مقیاس به تأخیر زمانی از فرکانس های بالا به پائین گفته می گردد که بر اثر برهم کنش انفجار با مواد در فضا رخ می دهد. همکاری CHIME/FRB در مقاله ای که در آگوست 2021 منتشر شد، اولین کاتالوگ بزرگ FRB-ها شامل 536 رویداد کشف شده به وسیله CHIME بین سال های 2018 و 2019 را رونمایی کرد. این کاتالوگ بعلاوه شامل 62 انفجار از 18 منبع تکرارشونده است.

پلیونیس و همکاران او برای این پژوهش از الگوریتم دسته بندی نوی استفاده کردند که به جست وجوی رویدادهای هم مکان در آسمان با شاخص های پراکندگی مشابه می پردازد. او درباره این پژوهش می گوید:

می توانیم موقعیت انفجار رادیویی سریع و شاخص پراکندگی آن را با دقت مشخصی میزان گیری کنیم که به طراحی تلسکوپ به کاررفته وابسته است. الگوریتم دسته بندی تمام انفجارهای رادیویی سریع را که تلسکوپ CHIME تا به امروز شناسایی نموده، در نظر می گیرد و به جستجوی دسته های FRB می پردازد که دارای موقعیت منطبق در آسمان هستند. در مرحله بعدی آنالیز های مختلفی را انجام می دهیم تا مطمئن شویم انفجارها از منبعی یکسان می آیند.

ا ز میان بیش از هزار FRB که تا به امروز کشف شده اند، تنها 29 عدد ماهیت تکرارشونده داشتند. علاوه بر این تمام FRB-های تکراری به شکل نامنظم تکرار شدند. تنها استثنای موجود، FRB 180915 بود که در سال 2018 به وسیله پژوهشگرهای CHIME کشف شد. این FRB هر 16.35 روز تکرار می گردد. همکاری CHIME/FRB به یاری الگوریتم نو، 25 منبع تکرارشونده نو را کشف کرد.

علاوه براین، پژوهشگرها به ویژگی های جذابی اشاره کردند که می توانند علت ها و ویژگی های این پدیده ها را آشکار نمایند. پلیونیس و تیم او با آنالیز دقیق تمام انفجارهای رادیویی سریع و منابع تکرارشونده، متوجه شدند تنها 2.6 درصد از کل انفجارهای رادیویی سریع کشف شده، تکرار می شوند. از میان منابع نو، تنها چند انفجار کشف شدند که می توان نتیجه گرفت بسیاری از منابع غیرفعال هستند به طوری که تنها یک بار دیده شده اند.

بنابراین نمی توان منابعی را که صرفاً یک انفجار از آن ها دیده شده حذف کرد. این احتمال وجود دارد که تمام منابع انفجار رادیویی سریع در نهایت تکرار شوند، اما تعداد زیادی از منابع فعال نیستند. هر شرحی برای انفجارهای رادیویی سریع باید نشان دهد چرا بعضی منابع فرافعال هستند در حالی که بعضی دیگر تقریباً غیرفعال اند.

این یافته ها می توانند به پژوهش های آینده یاری نمایند که از تلسکوپ های رادیویی نسل بعدی سال های آینده استفاده خواهند کرد. یکی از این تلسکوپ ها، رصدخانه آرایه کیلومتر مربعی (SKAO) است که انتظار می رود اولین نورهای خود را تا سال 2027 جمع آوری کند. این تلسکوپ با 128 بشقاب در استرالیا واقع شده است و با آرایه MeerKat در آفریقای جنوبی برای ایجاد بزرگ ترین تلسکوپ رادیویی دنیا ترکیب خواهد شد. در حال حاضر، سرعت بالای کشف FRB-های نو به ویژه رویدادهای تکرارشونده می تواند به معنی نزدیک شدن ستاره شناسان رادیویی به پیشرفتی غیرمنتظره باشد.

227227