۱۰ میلیارد سال در راه؛ رکوردشکنی در کشف قدیمی‌ترین فوران رادیویی سریع جهان

تلسکوپ رادیویی میرکت در آفریقای جنوبی، فوران رادیویی سریعی را شناسایی کرده است که قدمت آن به ۱۰ میلیارد سال پیش بازمی‌گردد.

حدود سه میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ، جرمی آسمانی در کهکشانی دوردست ناگهان منفجر شد و فورانی کوتاه اما قدرتمند از امواج رادیویی گسیل کرد که تنها کسری از ثانیه دوام آورد. این فوران در پهنه بی‌کران فضا و زمان میان کهکشان‌ها به سفر خود ادامه داد تا اینکه در مارس ۲۰۲۴ از کنار زمین گذشت و بخش کوچکی از انرژی آن به آنتن‌های آرایه تلسکوپ رادیویی میرکت در آفریقای جنوبی رسید.

برای تمیا نانایاکارا، اخترشناس دانشگاه سیدنی استرالیا، شناسایی این سیگنال به‌وسیله میرکت لحظه‌ای بسیار هیجان‌انگیز بود. فوران‌های رادیویی سریع (FRB) نامی است که به این نوع گسیل‌ها داده‌اند و وقوع آن‌ها پدیده‌ای رایج است؛ به‌طوری‌که روزانه حدود پنج‌هزار تا ۱۰هزار مورد از آن‌ها در سراسر آسمان زمین رخ می‌دهد. اما کم‌فروغی چشمگیر این فوران نشان می‌داد که با رویدادی بسیار قدیمی روبه‌رو هستیم که مدت‌ها پیش و از مکانی بسیار دور سرچشمه گرفته است.

اما این فوران دقیقاً چقدر قدمت داشت و از کجا آمده بود؟ نانایاکارا و همکارانش با بررسی توان فوران و میزان کشیدگی طول موج نور آن بر اثر انبساط جهان در طول مسیر، توانستند به این پرسش‌ها پاسخ دهند. همان‌طور که پژوهشگران در مطالعه‌ای تازه شرح داده‌اند، این فوران رادیویی سریع در کهکشانی بسیار دوردست و حدود ۱۰ میلیارد سال پیش رخ داده است. این قدمت کیهانی چشمگیر، فوران یادشده را با اختلاف زیاد به قدیمی‌ترین نمونه شناسایی‌شده تاکنون تبدیل می‌کند. در واقع، این رویداد دو برابر قدیمی‌تر از رکورددار قبلی است.

با وجود بررسی‌های گسترده در ربع قرنی که از کشف فوران‌های رادیویی سریع می‌گذرد، این پدیده‌ها همچنان تا حد زیادی اسرارآمیزند. برای شروع، اخترشناسان هنوز منشأ اخترفیزیکی آن‌ها را نمی‌دانند. یکی از فرضیه‌های اصلی می‌گوید این فوران‌ها به‌وسیله مگنتارها تولید می‌شوند؛ بقایای کوچک و فوق‌العاده مغناطیسی ستارگان پرجرمی که در قالب ابرنواختر منفجر شده‌اند. بااین‌حال، جزئیات زیادی همچنان مبهم است و به نظر نمی‌رسد تمام فوران‌های رادیویی سریع با الگوی مگنتارها سازگار باشند.

نانایاکارا می‌گوید شناسایی و اندازه‌گیری فوران‌های رادیویی سریع و بررسی کهکشان‌های میزبان آن‌ها می‌تواند به حل معما کمک کند. او و همکارانش در پژوهش اخیر، منشأ فوران رکوردشکن را به کهکشانی رساندند که در مقایسه با کهکشان‌های دیگر در همان دوره ابتدایی کیهان، نسبتاً ابتدایی به نظر می‌رسد. این کهکشان جرم کمتری دارد و میزان عناصر سنگین در آن کمتر از کهکشان‌های هم‌عصرش است؛ بااین‌حال، ستاره‌زایی در آن با نرخ بیشتری انجام می‌شود.

هیچ‌یک از این ویژگی‌ها لزوماً با شکل‌گیری مگنتاری که فوران رادیویی سریع تولید می‌کند، مغایرت ندارد. بااین‌حال، این فوران رکوردشکن مرز زمانی وقوع چنین رویدادهایی در تاریخ کیهان را به‌طور چشمگیری عقب‌تر می‌برد. به گفته نانایاکارا، این کشف احتمال دیگری را نیز مطرح می‌کند: شاید فوران‌های رادیویی سریع قدیمی‌تر و کم‌فروغ‌تری هم از کنار زمین گذشته باشند، بی‌آنکه متوجه آن‌ها شده باشیم.

نانایاکارا می‌گوید: «برای شناسایی این فوران‌ها، تلسکوپ‌های ما باید حساسیت فوق‌العاده بالایی داشته باشند.» خوشبختانه، میرکت برای کمک به این کار وجود دارد. او افزود: «همین مسئله هنگام تلاش برای یافتن کهکشان‌های میزبان آن‌ها نیز صدق می‌کند. این کهکشان‌ها هم بسیار دورند و ممکن است به‌شدت کم‌فروغ باشند؛ در نتیجه، رصدهای تکمیلی و بررسی ویژگی‌های آن‌ها دشوار می‌شود.»

فوران‌های رادیویی سریع می‌توانند ابزارهای قدرتمندی برای کاوش ماده‌ای باشند که در فضای میان کهکشان‌ها پراکنده شده است

تلاش برای یافتن و بررسی فوران‌های رادیویی سریع از فواصل هرچه دورتر، صرفاً از روی کنجکاوی نیست. این فوران‌های کوتاه و ناگهانی می‌توانند ابزارهای قدرتمندی برای کاوش ماده‌ای باشند که در فضای میان کهکشان‌ها پراکنده شده، اما به‌طور مستقیم دیده نمی‌شود.

هنگامی که یک فوران رادیویی سریع در فضا حرکت می‌کند، امواج رادیویی آن با پلاسمای رقیق و تاریکی که اخترشناسان «محیط میان‌کهکشانی» می‌نامند، برهم‌کنش می‌کنند. امواج کوتاه‌تر فوران با این پلاسما برهم‌کنش بیشتری دارند و در نتیجه، انتشار آن‌ها کندتر می‌شود؛ به همین دلیل، این امواج دیرتر از امواج دارای طول موج بلندتر به زمین می‌رسند. اخترشناسان با اندازه‌گیری این پراکندگی زمانی می‌توانند مقدار ماده‌ای را تخمین بزنند که فوران در سفر طولانی خود تا زمین از میان آن عبور کرده است.

نانایاکارا می‌گوید: «کشف ما از این جهت اهمیت ویژه‌ای دارد که نشان داده‌ایم می‌توانیم این کار را در بازه‌ای معادل تقریباً ۸۰ درصد از تاریخ کیهان انجام دهیم. هرچه شناسایی فوران‌های رادیویی سریع را به گذشته‌های دورتری ببریم، می‌توانیم نقشه دقیق‌تری از این ماده نامرئی ترسیم کنیم.»

نانایاکارا به‌تازگی برای دستیابی به این هدف، زمان رصد با تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا را به دست آورده است. تیم او در سه سال آینده، سالی یک بار فرصت خواهد داشت تا جیمز وب را به‌سوی منبع اخترفیزیکی یکی از فوران‌های رادیویی سریع، به‌خصوص قدیمی هدایت کند؛ با این امید که رکورد فاصله کیهانی بار دیگر شکسته شود.

نانایاکارا می‌گوید: «در حال حاضر منتظریم تلسکوپ‌های رادیویی ما در استرالیا و آفریقای جنوبی چنین فورانی را شناسایی کنند. به‌محض یافتن یک نمونه، می‌توانیم رصدهای جیمز وب را آغاز کنیم تا کهکشان میزبان آن را مورد بررسی قرار دهیم و امیدواریم مرزهای کنونی را باز هم فراتر ببریم.»