ستارهشناسان از سال ۲۰۰۷، یعنی زمانی که «انفجار لوریمر» (Lorimer Burst) بهعنوان نخستین انفجار سریع رادیوییِ تأییدشده شناسایی شد، با پدیدهای اسرارآمیز به نام انفجارهای سریع رادیویی یا FRBها روبهرو بودهاند. این پالسهای بسیار کوتاهِ امواج رادیویی که از کهکشانهای بسیار دور به زمین میرسند، معمولاً تنها از چند میلیثانیه تا چند ثانیه دوام دارند، اما در همین بازهٔ زمانی فوقالعاده کوتاه، انرژیای آزاد میکنند که با انرژی تولیدشده توسط خورشید در طی چند روز برابری میکند. همین ترکیب شگفتانگیز از «کوتاهی زمان» و «شدت انرژی» باعث شده است که FRBها به یکی از مرموزترین پدیدههای اخترفیزیک مدرن تبدیل شوند.
همین ویژگیِ تکرارپذیری، نگاهها را بیش از پیش به سوی منشأ فیزیکی این پدیده جلب کرده است. در طول سالها، نظریههای گوناگونی برای توضیح FRBها مطرح شدهاند؛ از فرآیندهای مرتبط با ستارههای نوترونی و سیاهچالهها گرفته تا حتی گمانهزنیهای جسورانه دربارهٔ ارتباطات فرازمینی. با این حال، هیچیک از این فرضیهها تاکنون شواهد مشاهدهای قطعی در اختیار نداشتند.
اکنون، در پژوهشی تازه، یک تیم بینالمللی از اخترشناسان برای نخستین بار شواهدی قاطع ارائه کردهاند که نشان میدهد دستکم بخشی از انفجارهای سریع رادیویی، منشأ خود را در سامانههای ستارهای دوتایی دارند. این گروه پژوهشی به سرپرستی «یه لی» از رصدخانهٔ کوه بنفش (Purple Mountain Observatory) و دانشگاه علم و فناوری چین، از دادههای گردآوریشده توسط تلسکوپ رادیویی عظیم FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) استفاده کردهاند؛ تلسکوپی که بهدلیل اندازهٔ بینظیرش به «چشم آسمان چین» شهرت دارد.
تلسکوپ FAST طی نزدیک به دو سال، یک منبع مشخص از FRBها با نام FRB 20220529 را بهطور مداوم پایش کرد. نتایج این پایش طولانیمدت نشان داد که این منبع رادیویی به یک سامانهٔ ستارهای دوتایی درون یک کهکشان دیسکی تعلق دارد که در فاصلهای حدود ۲٫۲ تا ۲٫۴ میلیارد سال نوری از زمین قرار گرفته است. مقالهٔ علمی مربوط به این کشف مهم، در تاریخ ۱۵ ژانویه در مجلهٔ معتبر Science منتشر شد.
در مطالعهٔ FRBها، اخترشناسان بهدنبال تغییرات ظریف در فرکانس و بهویژه در ویژگیهای قطبش سیگنالهای رادیویی هستند، زیرا این تغییرات میتوانند اطلاعات ارزشمندی دربارهٔ محیط اطراف منبع انفجار در اختیار بگذارند. آرایهٔ FAST از سال ۲۰۲۰، در قالب یک برنامهٔ اختصاصی موسوم به «برنامهٔ کلیدی FRB»، بهطور منظم منابع FRB تکرارشونده را رصد کرده است. این برنامه بهطور مشترک توسط «بینگ ژانگ»، استاد اخترفیزیک و بنیانگذار مؤسسهٔ نجوم و اخترفیزیک دانشگاه هنگکنگ، هدایت میشود؛ کسی که از نویسندگان مقالهٔ حاضر نیز به شمار میرود.
در جریان تحلیل دادههای مربوط به FRB 20220529، پژوهشگران با پدیدهای بسیار نادر به نام شرارهٔ اندازهٔ چرخش یا RM flare روبهرو شدند. این پدیده بهصورت یک تغییر ناگهانی و چشمگیر در ویژگیهای قطبش سیگنال رادیویی ظاهر میشود و معمولاً ناشی از دگرگونی شرایط فیزیکی محیطی است که امواج رادیویی از آن عبور میکنند. دکتر لی در اینباره توضیح میدهد: «در اواخر سال ۲۰۲۳، ما افزایش ناگهانی مقدار RM را مشاهده کردیم که بیش از صد برابر مقدار قبلی بود. سپس، طی حدود دو هفته، این مقدار بهسرعت کاهش یافت و به سطح پیشین خود بازگشت. ما این رویداد را یک “شرارهٔ RM” مینامیم.»
بهطور معمول، انفجارهای سریع رادیویی دارای قطبش خطی تقریباً کامل هستند. اما هنگامی که امواج رادیویی از میان پلاسمای مغناطیده عبور میکنند، زاویهٔ قطبش آنها با فرکانس تغییر میکند؛ اثری که با نام چرخش فارادهای (Faraday Rotation) شناخته میشود. ویژگیهای این شرارهٔ RM، بهویژه کوتاهمدت بودن آن، با سناریویی سازگار است که در آن یک تودهٔ چگال از پلاسمای مغناطیده برای مدتی کوتاه از مسیر دید بین تلسکوپ FAST و منبع FRB عبور کرده است.
بر پایهٔ همین شواهد، تیم پژوهشی به این نتیجه رسید که محتملترین توضیح برای این رویداد، وقوع یک پرتاب جرم تاجی (Coronal Mass Ejection یا CME) از سوی ستارهٔ همدم در سامانهٔ دوتایی است. به بیان دیگر، یکی از دو عضو این سامانه، مادهٔ مغناطیدهٔ عظیمی را به فضا پرتاب کرده که بهطور موقت مسیر انتشار امواج رادیویی را تحت تأثیر قرار داده است. بینگ ژانگ در این زمینه میگوید: «FRB 220529A برای ماهها تحت پایش قرار داشت و در ابتدا کاملاً عادی به نظر میرسید. اما پس از ۱۷ ماه مشاهدهٔ مداوم، ناگهان اتفاقی واقعاً هیجانانگیز رخ داد. این کشف، سرنخی قطعی دربارهٔ منشأ دستکم بخشی از FRBهای تکرارشونده در اختیار ما قرار میدهد.»
بر اساس تفسیر ارائهشده، شواهد بهشدت از وجود یک مگنتار در این سامانهٔ دوتایی حمایت میکنند؛ یعنی نوعی ستارهٔ نوترونی با میدان مغناطیسی فوقالعاده قوی که در کنار ستارهای شبیه به خورشید قرار گرفته است. برهمکنش میان این دو جرم، میتواند شرایط لازم برای تولید انفجارهای رادیویی مکرر را فراهم کند.
با توجه به فاصلهٔ بسیار زیاد کهکشان میزبان FRB 20220529 از زمین، اخترشناسان نمیتوانند ستارهٔ همدم را بهطور مستقیم مشاهده کنند. با این حال، حضور آن از طریق پایشهای رادیویی پیوسته توسط FAST و همچنین تلسکوپ رادیویی پارکس در استرالیا آشکار شده است. «شوفنگ وو»، از نویسندگان مقاله و استاد رصدخانهٔ کوه بنفش، در این باره میگوید: «این کشف تنها به لطف مشاهدههای پیگیرانه با بهترین تلسکوپهای رادیویی جهان و تلاش خستگیناپذیر تیم پژوهشی ما امکانپذیر شد.»
این نتایج، دیدگاههای پیشین مبنی بر اینکه FRBها تنها از سامانههای تکستارهای سرچشمه میگیرند را به چالش میکشد. افزون بر این، یافتههای جدید از یک مدل فیزیکی یکپارچه که اخیراً توسط ژانگ و وو برای FRBهای تکرارشونده پیشنهاد شده بود، پشتیبانی میکند. بر اساس این مدل، همهٔ FRBهای تکرارشونده از مگنتارهایی ناشی میشوند که با همدمهای دوتایی خود برهمکنش دارند؛ برهمکنشی که امکان وقوع انفجارهای مکرر را فراهم میسازد. با ادامهٔ پایش این منابع توسط رصدخانههای رادیویی پیشرفتهای مانند FAST، اخترشناسان امیدوارند بهزودی دریابند که سامانههای دوتایی تا چه اندازه منشأ رایجی برای انفجارهای سریع رادیویی در کیهان هستند.