اكتشف علماء الفلك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعات في كندا والولايات المتحدة إشارة راديو غريبة ومستمرة من مجرة بعيدة يبدو أنها تومض بانتظام مذهل.
تُصنف الإشارة على أنها انفجار راديوي سريع ، أو FRB – موجة من موجات الراديو من أصل فيزيائي فلكي غير معروف ، والتي عادة ما تستمر بضعة أجزاء من الثانية على الأكثر. ومع ذلك ، تستمر هذه الإشارة الجديدة لمدة تصل إلى ثلاث ثوانٍ ، أي حوالي 1000 مرة أطول من متوسط FRB. ضمن هذه النافذة ، اكتشف الفريق اندفاعات من موجات الراديو التي تتكرر كل 0.2 ثانية بنمط دوري واضح ، يشبه ضربات القلب.
قام الباحثون بتسمية إشارة FRB 20191221A ، وهي حاليًا أطول FRB ، مع أوضح نمط دوري تم اكتشافه حتى الآن.
يقع مصدر الإشارة في مجرة بعيدة ، على بعد عدة مليارات من السنين الضوئية من الأرض. تظل الطبيعة الدقيقة لهذا المصدر لغزًا ، على الرغم من أن علماء الفلك يشكون في أن الإشارة يمكن أن تنبعث من نجم نابض راديوي أو نجم مغناطيسي ، وكلاهما نوع من النجوم النيوترونية – كثيفة للغاية ، ودوران سريع للنجوم العملاقة.
يقول دانييل ميتشيلي ، زميل ما بعد الدكتوراه في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “لا توجد أشياء كثيرة في الكون تنبعث منها إشارات دورية بصرامة”. “من الأمثلة التي نعرفها في مجرتنا النجوم النابضة الراديوية والمغناطيسية ، التي تدور وتنتج انبعاثًا مشعًا يشبه المنارة. ونعتقد أن هذه الإشارة الجديدة يمكن أن تكون نجمًا مغناطيسيًا أو نجمًا نابضًا على المنشطات.
يأمل الفريق في اكتشاف المزيد من الإشارات الدورية من هذا المصدر ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك كساعة فيزيائية فلكية. على سبيل المثال ، يمكن استخدام تواتر الانفجارات وكيفية تغيرها مع تحرك المصدر بعيدًا عن الأرض لقياس مدى سرعة توسع الكون.
تم الإبلاغ عن هذا الاكتشاف اليوم في المجلة الطبيعةوهو مؤلف من قبل أعضاء تعاون CHIME / FRB ، بما في ذلك المؤلفون المشاركون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، كالفن ليونج ، وخوان مينا-بارا ، وكايتلين شين ، وكيوشي ماسوي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، بالإضافة إلى ميشيلي ، الذي قاد الاكتشاف لأول مرة كباحث في McGill الجامعة ، ثم كطبيب ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
“بوم بوم بوم”
منذ اكتشاف أول FRB في عام 2007 ، تم اكتشاف المئات من ومضات الراديو المماثلة عبر الكون ، وآخرها بواسطة التجربة الكندية لرسم خرائط كثافة الهيدروجين ، أو CHIME ، وهو تلسكوب راديوي قياس التداخل يتكون من أربعة عاكسات مكافئة كبيرة تقع في دومينيون. مرصد راديو الفيزياء الفلكية في كولومبيا البريطانية ، كندا.
تراقب CHIME السماء باستمرار بينما تدور الأرض وهي مصممة لالتقاط موجات الراديو المنبعثة من الهيدروجين في المراحل المبكرة جدًا من الكون. التلسكوب حساس أيضًا للانفجارات الراديوية السريعة ، ومنذ أن بدأ في مراقبة السماء في عام 2018 ، اكتشف CHIME مئات من FRBs المنبثقة من أجزاء مختلفة من السماء.
الغالبية العظمى من FRBs التي لوحظت حتى الآن هي رشقات نارية فائقة السطوع من موجات الراديو التي تدوم بضعة أجزاء من الألف من الثانية قبل أن تتلاشى. في الآونة الأخيرة ، اكتشف الباحثون أول دورية FRB التي يبدو أنها تصدر نمطًا منتظمًا من موجات الراديو. تتكون هذه الإشارة من نافذة لمدة أربعة أيام من رشقات نارية عشوائية تتكرر بعد ذلك كل 16 يومًا. أشارت دورة الـ 16 يومًا هذه إلى وجود نمط دوري للنشاط ، على الرغم من أن الإشارة من رشقات الراديو الفعلية كانت عشوائية وليست دورية.
في 21 ديسمبر 2019 ، التقطت CHIME إشارة من FRB محتملة ، والتي لفتت انتباه Michilli على الفور ، الذي كان يفحص البيانات الواردة.
يتذكر قائلاً: “كان الأمر غير عادي”. “لم يكن الأمر طويلًا جدًا ، حوالي ثلاث ثوانٍ ، ولكن كانت هناك قمم دورية دقيقة بشكل ملحوظ ، تنبعث كل جزء من الثانية – ازدهار ، ذراع ، ذراع – مثل نبضات القلب. هذه هي المرة الأولى التي تكون فيها الإشارة نفسها دورية.
شظايا رائعة
عند تحليل نمط الاندفاع الراديوي لـ FRB 20191221A ، وجد ميتشيلي وزملاؤه أوجه تشابه مع الانبعاثات الصادرة من النجوم النابضة الراديوية والمغناطيسية في مجرتنا. النجوم النابضة الراديوية هي نجوم نيوترونية تنبعث منها حزم من موجات الراديو ، وتبدو وكأنها تنبض بينما يدور النجم ، بينما تنتج النجوم المغناطيسية انبعاثًا مشابهًا بسبب مجالاتها المغناطيسية الشديدة.
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الإشارة الجديدة والانبعاثات الراديوية من النجوم النابضة والمغناطيسية في المجرة في أن FRB 20191221A يبدو أكثر سطوعًا بمليون مرة. يقول Michilli إن الومضات الساطعة قد تأتي من نجم نابض لاسلكي أو نجم مغناطيسي بعيد يكون عادةً أقل سطوعًا أثناء دورانه والذي أدى لسبب غير معروف إلى إخراج قطار من الومضات الساطعة ، في نافذة نادرة مدتها ثلاث ثوان والتي تم وضعها CHIME لحسن الحظ لالتقاطها .
يقول Michilli: “اكتشف CHIME الآن العديد من FRBs بخصائص مختلفة”. “لقد رأينا البعض يعيش داخل غيوم شديدة الاضطراب ، بينما يبدو أن البعض الآخر في بيئات نظيفة. وفقًا لخصائص هذه الإشارة الجديدة ، يمكننا القول أنه يوجد حول هذا المصدر سحابة من البلازما يجب أن تكون مضطربة للغاية.
يأمل علماء الفلك في التقاط رشقات نارية إضافية من FRB 20191221A الدورية ، والتي يمكن أن تساعد في تحسين فهمهم لمصدرها والنجوم النيوترونية بشكل عام.
يقول ميتشيلي: “يثير هذا الاكتشاف التساؤل عما يمكن أن يسبب هذه الإشارة المتطرفة التي لم نشهدها من قبل ، وكيف يمكننا استخدام هذه الإشارة لدراسة الكون”. “تعد التلسكوبات المستقبلية باكتشاف الآلاف من FRBs شهريًا ، وبحلول ذلك الوقت قد نجد المزيد من هذه الإشارات الدورية.”
تم تمويل هذا البحث جزئيًا من قبل مؤسسة كندا للابتكار.
