جرم مرموزی در فضا هر ۶۲ دقیقه یک‌بار پالس می‌فرستاد؛ سپس ناپدید شد

رادیوتلسکوپ‌ها شبانه‌روز آسمان را برای شناسایی سیگنال‌های اجرام مرموز جهان بررسی می‌کنند. در سپتامبر ۲۰۰۲، پدیده‌ای ناشناخته از مرکز کهکشان راه شیری توجه اخترشناسان را به خود جلب کرد.

جرمی مرموز پنج فوران قدرتمند امواج رادیویی منتشر کرد که فاصله زمانی میان آن‌ها دقیقاً ۷۷ دقیقه بود. پس از آن، این منبع ناگهان خاموش شد و دیگر هیچ سیگنالی از آن دریافت نشد.

اسکات هایمن، اخترشناس کالج سوییت برایر، در آن زمان نمی‌دانست با چه پدیده‌ای روبه‌رو شده است. او سال‌ها برای یافتن نمونه‌های مشابه جست‌وجو کرد، اما نتیجه چندانی نگرفت و سرانجام به فعالیت‌های پژوهشی دیگری روی آورد.

حدود ۲۰ سال بعد، زمانی که هایمن مشغول بررسی موضوع دیگری بود، دوباره با پدیده‌ای مشابه مواجه شد. این بار داده‌ها نشان می‌دادند که منبعی ناشناخته هر ۶۲٫۲ دقیقه یک فوران قدرتمند امواج رادیویی منتشر می‌کند.

اما این جرم نیز پس از مدتی سکوت کرد و دیگر نشانی از خود باقی نگذاشت. کشف جدید سرنخ‌های جالبی درباره منشأ این سیگنال‌های عجیب ارائه می‌دهد؛ سیگنال‌هایی که با نام گذرهای بلندمدت شناخته می‌شوند. دانشمندان همچنین در تلاش‌اند مشخص کنند آیا تمام این منابع به یک نوع جرم آسمانی تعلق دارند یا خیر.

اسکات هایمن در گفت‌وگو با ساینس‌الرِت گفت

آیا تمام گذرهای بلندمدت به یک نوع جرم تعلق دارند؟ آیا آن‌ها زیرگروهی جدید از کوتوله‌های سفید یا ستاره‌های نوترونی را تشکیل می‌دهند؟ یا شاید با نوعی جرم کاملاً ناشناخته روبه‌رو هستیم که تاکنون هیچ نمونه‌ای از آن شناسایی نشده است؟

گذرهای بلندمدت دسته‌ای تازه‌شناسایی‌شده از منابع امواج رادیویی به شمار می‌روند که وجود آن‌ها طی چند سال اخیر مشخص شده است. این اجرام ناشناخته پالس‌های رادیویی طولانی و قدرتمندی منتشر می‌کنند و میان هر انتشار، وقفه‌هایی منظم و نسبتاً طولانی وجود دارد.

نخستین کشفی که زمینه شناسایی این دسته را فراهم کرد، جرمی با نام GLEAM-X J1627-5235 بود. این منبع در سال ۲۰۱۸ مشاهده شد و نخستین گزارش علمی درباره آن در سال ۲۰۲۲ انتشار یافت.

از آن زمان تاکنون، حدود ۱۲ منبع مرموز دیگر در بررسی‌های رادیویی کهکشان راه شیری شناسایی شده‌اند. حتی نخستین مشاهده عجیب هایمن در سال ۲۰۰۲ نیز پس از این کشف‌ها، در همین دسته‌بندی قرار گرفت و نام GCRT J1745-3009 را به خود اختصاص داد. هایمن درباره شناسایی نمونه‌های جدید پس از سال‌ها جست‌وجوی بی‌نتیجه گفت

پس از سال‌ها پایش آسمان برای یافتن اجرامی مشابه GCRT و ناکامی در این مسیر، بسیار خوشحال‌کننده است که هر بار خبر کشف یک گذر بلندمدت جدید را می‌خوانم.

با وجود افزایش تعداد این کشفیات، تعیین ماهیت واقعی این منابع رادیویی بسیار دشوارتر از چیزی است که تصور می‌شود. چند نوع ستاره مرده وجود دارند که به‌صورت دوره‌ای پالس منتشر می‌کنند، اما هیچ‌کدام به‌تنهایی نمی‌توانند تمام رفتارهای مشاهده‌شده در گذرهای بلندمدت را توضیح دهند.

در حال حاضر سه گزینه اصلی برای توضیح این پدیده مطرح هستند: تپ‌اخترها، مگنتارها و کوتوله‌های سفید. تپ‌اخترها و مگنتارها هر دو از ستاره‌های نوترونی به شمار می‌روند، اما سازوکار تولید امواج رادیویی در آن‌ها متفاوت است. کوتوله‌های سفید نیز می‌توانند از طریق برهم‌کنش با یک ستاره ، انتشار دوره‌ای سیگنال‌های قدرتمند را تجربه کنند.

تپ‌اخترها ستاره‌های نوترونی بسیار چرخانی هستند که پرتوهای رادیویی خود را مانند نور فانوس‌های دریایی در فضا می‌تابانند. این پرتوها با سرعت زیادی در فضا حرکت می‌کنند و تناوب انتشار آن‌ها با سرعت چرخش ستاره ارتباط مستقیم دارد.

مگنتارها خویشاوندان مغناطیسی قدرتمندتر تپ‌اخترها هستند. میدان‌های مغناطیسی بسیار شدید این اجرام می‌توانند با پیچ‌وتاب خوردن و تغییر ساختار، فوران‌های قدرتمندی از تابش ایجاد کنند. با این حال، سرعت انتشار پالس در گذرهای بلندمدت در مقایسه با ستاره‌های نوترونی بسیار کند است. فاصله میان دو فوران در برخی موارد به چند ساعت می‌رسد.

در چنین سرعت چرخشی پایینی، تپ‌اخترهای معمولی احتمالاً نمی‌توانند شرایط لازم برای تولید امواج رادیویی را فراهم کنند. کوتوله‌های سفید گزینه احتمالی دیگری برای توضیح این پدیده هستند. بقایای ستاره‌ای از ستاره‌های نوترونی بزرگ‌ترند و می‌توانند با سرعت بسیار کمتری بچرخند. همچنین برهم‌کنش آن‌ها با یک ستاره همراه قادر به تولید سیگنال‌های رادیویی قدرتمند خواهد بود.

در واقع، برخی از گذرهای بلندمدت به سامانه‌های دوتایی متشکل از کوتوله‌های سفید ارتباط داده شده‌اند. با وجود این، نمی‌توان نتیجه گرفت که تمام گذرهای بلندمدت از کوتوله‌های سفید سرچشمه می‌گیرند. تفاوت در الگوی پالس‌ها، قطبش امواج و دوره‌های تناوب نشان می‌دهد که احتمالاً بیش از یک سازوکار فیزیکی و حتی چند نوع جرم آسمانی در شکل‌گیری این سیگنال‌ها نقش دارند.

کشف جرمی با پالس‌های ۶۲ دقیقه‌ای

در سال ۲۰۲۲، سیگنالی عجیب وارد داده‌های پژوهشی هایمن شد و مسیر تحقیقات او را تغییر داد. تا آن زمان، هایمن روی جست‌وجوی تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای تمرکز کرده بود؛ ستاره‌های نوترونی بسیار سریعی که شاید بتوانند افزایش غیرعادی پرتوهای گاما در مرکز کهکشان راه شیری را توضیح دهند.

اما یکی از اجرام شناسایی‌شده در داده‌ها رفتار عجیبی داشت. هایمن درباره این کشف گفت

یکی از اجرامی که در مشاهدات آرشیوی تلسکوپ میرکت شناسایی کردیم، ویژگی‌هایی شبیه تپ‌اخترها داشت، اما پالس‌های آن به‌جای فاصله‌های کوتاه، با فاصله چندین دقیقه و در بازه‌های زمانی ظاهراً منظمی منتشر می‌شدند.

او و همکارانش برای بررسی بیشتر، آرشیوهای رصدی دیگر را جست‌وجو کردند و متوجه شدند تلسکوپ آسکاپ دقیقاً در همان روز، همان منطقه از آسمان را رصد کرده بود. این مشاهده ۱۰ ساعت طول کشیده بود و وجود دوره تناوب ۶۲ دقیقه‌ای را تأیید می‌کرد.

هایمن درباره لحظه شناسایی ماهیت واقعی جرم گفت

وقتی این اطلاعات را در کنار سایر ویژگی‌های جرم قرار دادیم، متوجه شدیم که به‌طور اتفاقی یک گذر بلندمدت را کشف کرده‌ایم.

این جرم که LPT J1555-5631 نام گرفت، برخلاف انتظار چند ویژگی غیرمعمول دیگر نیز داشت. LPT J1555-5631 به‌جای انتشار یک فوران در هر چرخه ۶۲ دقیقه‌ای، دو پالس مجزا تولید می‌کرد؛ یکی طولانی‌تر و دیگری کوتاه‌تر.

نکته عجیب‌تر اینکه این دو پالس از نظر قطبش دایره‌ای در جهت مخالف یکدیگر قرار داشتند. به بیان ساده، امواج رادیویی یکی از پالس‌ها در یک جهت می‌پیچیدند، در حالی که امواج پالس دیگر جهت چرخش معکوسی داشتند. این ویژگی سرنخ مهمی درباره ساختار میدان مغناطیسی جرم در اختیار پژوهشگران قرار داد.

هایمن در توضیح این موضوع گفت

این ویژگی‌ها نشان می‌دهند که تابش از مناطقی نزدیک به هر دو قطب مغناطیسی سرچشمه می‌گیرد و محور چرخش جرم تقریباً بر محور مغناطیسی آن عمود است.

با این حال، فاصله زمانی میان دو پالس کاملاً متقارن نبود. اگر میدان مغناطیسی جرم ساختاری ساده و دوقطبی داشت، انتظار می‌رفت دو پالس با اختلاف زاویه‌ای ۱۸۰ درجه ظاهر شوند؛ اما اندازه‌گیری‌ها فاصله‌ای معادل ۱۶۵٫۴ درجه را نشان دادند.

هایمن درباره اهمیت این تفاوت گفت

جدایی ۱۸۰ درجه‌ای را می‌توان به‌راحتی با انتشار تابش از یک محیط مغناطیسی دوقطبی معمولی توضیح داد. انحراف مشاهده‌شده سرنخ مهمی به شمار می‌رود که از پیچیده‌تر بودن ساختار میدان مغناطیسی این جرم حکایت دارد.

چرا این اجرام ناگهان خاموش می‌شوند؟

یکی دیگر از پرسش‌های مهم درباره گذرهای بلندمدت، نظم شگفت‌انگیز انتشار پالس‌ها و خاموش شدن ناگهانی آن‌هاست. دانشمندان هنوز نمی‌دانند چرا این اجرام با چنین دقت زمانی سیگنال می‌فرستند و سپس برای مدتی طولانی ناپدید می‌شوند.

همچنین مشخص نیست آیا منابع خاموش‌شده دوباره فعالیت خود را از سر می‌گیرند یا خیر. LPT J1555-5631 مانند بیشتر اجرام ثبت‌شده در فهرست گذرهای بلندمدت، تاکنون دوباره مشاهده نشده است. در مقابل، GCRT J1745-3009 فعالیت مجددی از خود نشان داده و دو جرم دیگر نیز پس از دوره‌های خاموشی دوباره سیگنال منتشر کرده‌اند.

هایمن معتقد است تغییرات شدید فعالیت این اجرام احتمالاً با مگنتوسفر آن‌ها ارتباط دارد؛ ناحیه‌ای پیرامون جرم آسمانی که میدان مغناطیسی آن بر محیط اطراف تسلط دارد.

با این حال، برای شناسایی الگوهای مشترک میان این منابع، احتمالاً به ثبت تعداد بسیار بیشتری از آن‌ها نیاز خواهد بود. هایمن درباره چشم‌انداز تحقیقات آینده گفت

امیدواریم پس از کشف تعداد بیشتری از گذرهای بلندمدت، بتوانیم الگوهای مشترکی میان آن‌ها پیدا کنیم. چنین روندی به ما امکان می‌دهد جست‌وجوهای هدفمندتری برای شناسایی منابع مشکوک به این نوع اجرام انجام دهیم. رسیدن به چنین نتیجه‌ای هیجان‌انگیز خواهد بود، اما کشف‌های اتفاقی از طریق بررسی آرشیوهای رصدی و جست‌وجوهای بدون هدف قبلی نیز به همان اندازه جذاب هستند.

نتایج این تحقیق در مجله The Astrophysical Journal منتشر شده است.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.