يقترب علماء الفلك من حل اللغز العالق المتمثل في الانفجارات الراديوية السريعة

الانفجارات الراديوية السريعة (FRBs) عبارة عن انفجارات مكثفة وقصيرة العمر لموجات الراديو القادمة من خارج مجرة ​​درب التبانة والتي يمكن أن تنبعث منها نفس كمية الطاقة في أجزاء من الألف من الثانية فقط التي تستغرقها الشمس لثلاثة أيام لإصدارها.

ومع ذلك، على الرغم من قوتها وحقيقة أن حوالي 10000 تدفق FRBs يمكن أن تندلع في السماء فوق الأرض كل يوم، إلا أن انفجارات الموجات الراديوية هذه تظل غامضة. أحد أكبر الألغاز المحيطة بالتدفقات الراديوية السريعة هو لماذا تومض معظمها مرة واحدة ثم تختفي بينما تكرر أقلية صغيرة (أقل من 3%) الومض. وقد دفع هذا العلماء إلى السعي لاكتشاف الآليات التي تطلق الدفقات الراديوية السريعة. حتى أن البعض يعتقد أن الأجرام السماوية المختلفة يمكن أن تنتج تدفقات راديوية سريعة متكررة وغير متكررة.

استخدم علماء من جامعة تورنتو تجربة رسم خرائط كثافة الهيدروجين الكندية (CHIME) للتركيز على خصائص الضوء المستقطب المرتبط بـ 128 FRBs غير متكررة. وكشف هذا أن الدفقات الراديوية السريعة الوحيدة يبدو أنها تنشأ في مجرات بعيدة تشبه إلى حد كبير مجرتنا درب التبانة، على عكس البيئات القاسية التي تطلق أبناء عمومتها المتكررة. يمكن أن تقرب النتائج العلماء من حل اللغز السماوي العالق المتمثل في التدفقات الراديوية السريعة أخيرًا.

متعلق ب: يجد تلسكوب هابل مصدرًا مدهشًا لألمع انفجارات الراديو السريعة على الإطلاق

“حتى الآن، عندما فكرنا في التدفقات الراديوية السريعة، نظرنا إليها بنفس الطريقة التي ننظر بها إلى نجم في السماء، ونفكر في مدى سطوعه، وربما معرفة مدى بعده، أشياء من هذا القبيل،” المؤلف الرئيسي للبحث أيوش باندهي، دكتوراه. قال طالب في معهد دنلاب لعلم الفلك والفيزياء الفلكية وقسم ديفيد أ. دنلاب لعلم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة تورنتو لموقع Space.com. “ومع ذلك، تعتبر الدفقات الراديوية السريعة مميزة لأنها تبعث أيضًا ضوءًا مستقطبًا، مما يعني أن الضوء القادم من هذه المصادر موجه بالكامل في اتجاه واحد.”

والفرق الرئيسي في هذا البحث هو أنه تم التعمق في دراسة الضوء المستقطب.

يتكون الضوء المستقطب من موجات موجهة بنفس الطريقة، رأسيًا أو أفقيًا أو بزاوية بين هذين الاتجاهين. يمكن للتغيرات في الاستقطاب أن تفسر الآلية التي أطلقت الدفقات الراديوية السريعة، وبالتالي تكشف مصدرها. يمكن أن يكشف الاستقطاب أيضًا عن تفاصيل حول البيئات التي تحتاج التدفقات الراديوية السريعة إلى اجتيازها قبل الوصول إلى أجهزة الكشف لدينا على الأرض. تمثل هذه الدراسة أول نظرة واسعة النطاق على 97% من الدفقات الراديوية السريعة غير المتكررة في الضوء المستقطب.

كانت هناك فجوة في أبحاث الدفقات الراديوية غير المتكررة لأنه من الأسهل بكثير ملاحظة الدفقات الراديوية المتكررة حيث يعرف علماء الفلك بالفعل مكان حدوثها، مما يعني أنه من الممكن توجيه أي تلسكوب راديوي إلى تلك البقعة من السماء والانتظار. بالنسبة للتدفقات الراديوية السريعة غير المتكررة، يجب أن يكون لدى علماء الفلك تلسكوب يمكنه النظر إلى مساحة كبيرة من السماء مرة واحدة لأنهم لا يعرفون حقًا من أين ستأتي الإشارة.

وقال باندي: “يمكن أن تظهر في أي مكان في السماء. إن CHIME فريد من نوعه بهذا المعنى لأنه ينظر إلى مثل هذه البقعة الكبيرة من السماء في وقت واحد”. “كما أن الناس لم ينظروا حقًا إلى هذا الاستقطاب بعد لأنه من الصعب جدًا اكتشافه على المستوى الفني فقط.

“لقد نظرت دراسات أخرى في استقطاب ربما 10 تدفقات FRB غير متكررة، ولكن هذه هي المرة الأولى التي نظرنا فيها إلى أكثر من 100. وهذا يسمح لنا بإعادة النظر في ما نعتقد أن الدفقات الراديوية السريعة تكون متكررة وغير متكررة. قد تكون الدفقات الراديوية السريعة مختلفة.”

أكرر أم لا أكرر؟

في عام 2007، اكتشف عالما الفلك دنكان لوريمر وديفيد ناركيفيتش، الذي كان تلميذ لوريمر في ذلك الوقت، أول تدفق FRB. لقد كان انفجارًا غير متكرر للطاقة يُشار إليه الآن باسم “انفجار لوريمر”. وبعد خمس سنوات، في عام 2012، اكتشف علماء الفلك أول تدفق FRB متكرر: FRB 121102. وبعد ذلك، كشفت المزيد من الدفقات المتكررة عن نفسها تدريجيًا.

يتساءل علماء الفلك بطبيعة الحال عما إذا كانت هناك ظاهرة مختلفة وراء هذين النوعين من الدفقات الراديوية السريعة. وقد وجد فريق باندي بالفعل أن الدفقات الراديوية السريعة غير المتكررة تبدو مختلفة قليلًا عن الدفقات الراديوية السريعة المتكررة، حيث يبدو أن معظم الدفقات الراديوية السريعة تأتي من مجرات مثل مجرتنا درب التبانة.

في حين أن أصول الدفقات الراديوية السريعة يكتنفها الغموض، إلا أن هذه الدفقات من الموجات الراديوية يمكن أن تكون بمثابة رسل للبيئات التي تمر عبرها أثناء سباقها نحو الأرض. ويتم تشفير هذه المعلومات في استقطابها.

قال باندي: “إذا مر الضوء المستقطب عبر الإلكترونات والمجالات المغناطيسية، فإن الزاوية التي يستقطب بها تدور، ويمكننا قياس هذا الدوران. لذا، إذا مرت FRB عبر المزيد من المواد، فسوف تدور أكثر. إذا مر عبرها أقل، سوف يدور بشكل أقل.”

تشير حقيقة أن استقطاب الدفقات الراديوية السريعة غير المتكررة أقل من استقطاب الدفقات الراديوية السريعة المتكررة إلى أن الأول يبدو أنه يمر عبر مجالات مادية أقل أو مجالات مغناطيسية أضعف من الأخير. وأضاف باندي أنه في حين أن الانفجارات الإشعاعية المتكررة تبدو وكأنها تأتي من بيئات أكثر تطرفًا (مثل بقايا النجوم التي ماتت في انفجارات المستعرات الأعظم)، فإن نظيراتها غير المتكررة تبدو وكأنها تظهر في بيئات أقل عنفًا قليلًا.

وتابع باندي: “تميل الدفقات الراديوية السريعة غير المتكررة إلى أن تأتي من بيئات تحتوي إما على مجالات مغناطيسية أضعف أو أشياء أقل حولها من الدفقات الراديوية السريعة المتكررة”. “لذا فإن تكرار الدفقات الراديوية السريعة يبدو أكثر تطرفًا إلى حد ما بهذا المعنى.”

هل النجوم النيوترونية بعيدة عن المأزق؟

إحدى المفاجآت الكبرى التي قدمها هذا البحث لباندي هي أن استقطاب التدفقات الراديوية السريعة غير المتكررة يبدو أنه يزيل أحد المشتبه بهم الرئيسيين وراء إطلاقها: النجوم النيوترونية شديدة الممغنطة وسريعة الدوران، أو “النجوم النابضة”.

وقال باندي: “نحن نعرف كيف تعمل النجوم النابضة، ونعرف أنواع الضوء المستقطب الذي نتوقع رؤيته من نظام النجوم النابضة. ومن المثير للدهشة أننا لا نرى الكثير من التشابه بين الدفقات الراديوية السريعة وضوء النجم النابض”. نفس النوع من الكائنات، قد تتوقع أن لديهم بعض أوجه التشابه، ولكن يبدو أنهم في الواقع مختلفون تمامًا.”

فيما يتعلق بمعرفة الأجسام التي تطلق الدفقات الراديوية السريعة، يعتقد باندي أن توسيع فهمنا لاستقطاب هذه الدفقات من الموجات الراديوية يمكن أن يساعد في تضييق نطاق التوقعات النظرية.

وقال: “إذا كنا في حيرة من أمرنا بين عدة نظريات مختلفة، فيمكننا الآن أن ننظر إلى الضوء المستقطب ونقول: حسنًا، هل يستبعد هذا أي نظريات لم نستبعدها بالفعل؟”. “إنه يوفر معلمة أخرى، أو حتى بعض المعلمات الإضافية، لمساعدتنا في استبعاد النظريات حول ما يمكن أن تكون عليه حتى يكون لدينا نظرية ثابتة.”

قصص ذات الصلة:

– اكتشف علماء الفلك كمية قياسية من 25 “رشقات راديو سريعة” متكررة جديدة

– يمكن أن يساعدنا الاندفاع الراديوي المحطم للأرقام القياسية في العثور على المادة المفقودة في الكون

– أقصر “دفقات راديو سريعة” تم اكتشافها على الإطلاق، ولم تتجاوز جزءًا من مليون من الثانية

وتابع باندهي موضحًا أن هذه الدراسة قد أرست الأساس لتحقيقات FRB المستقبلية؛ وهو نفسه يعمل على إيجاد طريقة لفصل استقطاب التدفقات الراديوية السريعة التي حدثت في درب التبانة عن تلك التي حدثت في مجراتها الأخرى والأقرب إلى مصدر انبعاثها.

من المفترض أن يساعدنا هذا على فهم الآليات الكامنة وراء إطلاق الدفقات الراديوية السريعة بشكل أفضل، ولكن بالنسبة لباندي، فإن الطبيعة الغامضة لهذه الانفجارات الكونية للطاقة هي التي تضمن أنه سيحقق فيها لبعض الوقت في المستقبل.

“أعني، ما هو الأكثر غموضا من الانفجارات التي تحدث آلاف المرات يوميا في جميع أنحاء السماء، وليس لديك أي فكرة عن سببها؟” قال باندي. “إذا كنت من المحققين الذين يحبون حل الألغاز، فإن الدفقات الراديوية السريعة هي مجرد لغز يحتاج إلى حل.”

نُشر بحث الفريق يوم الثلاثاء (11 يونيو) في مجلة الفيزياء الفلكية.