انفجارهای سریع رادیویی (FRB) انتشارهای بسیار کوتاه و بسیار قدرتمند امواج رادیویی هستند. این رویدادها تنها چند میلیثانیه طول میکشند و انرژی آنها معادل انرژیای است که خورشید طی چند روز تولید میکند. منشأ این انفجارها هنوز بهطور کامل مشخص نیست، اما نور آنها اکنون برای مطالعه ماده نامرئی موجود در اطراف و میان کهکشانها مورد استفاده قرار میگیرد.
البته منظور ما ماده تاریک نیست؛ مادهای فرضی که انتظار میرود کهکشانها را احاطه کرده باشد و در فضای میان آنها نیز گسترده شده باشد. ماده معمولی که بدن ما و سایر اجرام از آن ساخته شدهاند و به آن ماده باریونی نیز گفته میشود، زمانی که به شکل ستارههای درخشان یا ابرهای گازی متراکم باشد، بهراحتی قابل مشاهده است.
اما مقدار زیادی از همین ماده معمولی وجود دارد که تاکنون نتوانستهایم آن را شناسایی کنیم. محل قرارگیری حدود ۴۰ درصد از این ماده نامشخص بود و اینجا بود که انفجارهای سریع رادیویی وارد ماجرا شدند. این انفجارها در واقع مانند یک چراغ، این ماده گمشده را روشن کردند و به پژوهشگران اجازه دادند این بخش ناشناخته را مشاهده کنند و میزان پراکندگی یا تودهای بودن آن را اندازهگیری کنند.
کریتی شارما، نویسنده اصلی یک مطالعه جدید از مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech)، به IFLScience گفت:
«درست همانطور که نور خورشید هنگام عبور از یک منشور به رنگهای مختلف تجزیه میشود، فرکانسهای مختلف FRB نیز در زمانهای متفاوتی به ما میرسند. با استفاده از این موضوع، میتوانیم مقدار گازی را که این امواج در طول مسیر دید خود با آن برهمکنش داشتهاند، اندازهگیری کنیم.»
تودهای بودن ماده در حال کاهش است
این گروه پژوهشی حدود ۱۰۰ انفجار سریع رادیویی را مورد بررسی قرار داد. نتایج مطالعه جدید نشان میدهد که میتوان از FRBها برای تخمین میزان تودهای یا پراکنده بودن ماده در مقیاسهای بزرگ کیهانی استفاده کرد.
تودهای بودن ماده معمولی تنها به نیروی گرانش وابسته نیست. این ویژگی به مقدار ناشناختهای از کیهان، یعنی ماده تاریک، که پیشتر به آن اشاره شد، و همچنین انرژی تاریک وابسته است؛ انرژی تاریکی که تصور میشود مسئول انبساط شتابدار کیهان باشد.
کریتی شارما میگوید:
«ما واقعاً با استفاده از انفجارهای سریع رادیویی در حال ساختن تصویری جدید از کیهان هستیم.»
در این میان، نوترینوها نیز نقش دارند؛ ذراتی بسیار کوچک و سریع که بهندرت با ماده برهمکنش میکنند. علاوه بر این، فرایندهای داخلی کهکشانها نیز اهمیت دارند؛ از جمله آزاد شدن گاز داغ از هستههای فعال کهکشانی (AGN)، انفجارهای ابرنواختری و فرایندهای دیگر.
شارما به IFLScience گفت:
«ما قدم بعدی را برداشتهایم و اکنون مستقیماً اندازهگیری میکنیم که بازخورد ناشی از کهکشانها، هستههای فعال کهکشانی، انفجارهای ابرنواختری و موارد دیگر، تا چه اندازه میزان تودهای بودن ماده را کاهش میدهد.»
تصور میشود انفجارهای سریع رادیویی توسط مگنتارها ایجاد میشوند؛ نوعی ستاره نوترونی که میدانهای مغناطیسی فوقالعاده قدرتمندی دارد. ستارههای نوترونی در برخی انفجارهای ابرنواختری شکل میگیرند و مگنتارها آنقدر میدان مغناطیسی قدرتمندی دارند که اگر یکی از آنها در فاصلهای بین زمین و ماه قرار میگرفت، میتوانست تمام کارتهای اعتباری روی زمین را از کار بیندازد. البته ممکن است برخی FRBها منشأ دیگری داشته باشند.
این تحلیل انفجارهای سریع رادیویی بسیار هیجانانگیز است. این پژوهش بار دیگر نشان میدهد که حتی با وجود اینکه هنوز منشأ و ماهیت FRBها را بهطور کامل درک نکردهایم، میتوانیم از آنها برای مطالعه مسائل پیچیده کیهانشناسی استفاده کنیم و این تنها آغاز راه است.
شارما به IFLScience گفت:
«این انفجارهای رادیویی که تنها چند میلیثانیه دوام دارند، واقعاً در حال تغییر دیدگاه ما نسبت به فیزیک شکلگیری کهکشانها هستند.»
او افزود:
«اینکه کهکشانها چگونه شکل میگیرند، ماده چگونه درون کهکشان حرکت میکند، چگونه از کهکشان خارج میشود و دوباره به آن بازمیگردد و موارد دیگر. ما واقعاً با استفاده مستقل از انفجارهای سریع رادیویی در حال ساختن تصویری جدید هستیم.»
در سالهای آینده، رصدخانههای رادیویی مانند Deep Synoptic Array یا DSA متعلق به Caltech و چند رصدخانه دیگر فعالیت خود را آغاز خواهند کرد. انتظار میرود این رصدخانهها دهها هزار انفجار سریع رادیویی را شناسایی کنند.
ترکیب این دادهها با نقشههای دقیق کهکشانها که توسط مأموریت Euclid، تلسکوپ فضایی Nancy Grace Roman و رصدخانه Vera Rubin تهیه میشوند، ابزار قدرتمندی در اختیار دانشمندان قرار خواهد داد تا بتوانند پدیدههایی را که بهراحتی قابل مشاهده نیستند، ردیابی کنند.
شارما به IFLScience گفت:
«نمونههای بزرگتر از FRBها، زمانی که با اطلاعات مربوط به کهکشانها، مانند موقعیت آنها، ترکیب شوند، میتوانند به ما کمک کنند تا نحوه توزیع گاز در اطراف آن کهکشانها را واقعاً نقشهبرداری کنیم.»
