مطالعه‌ی مستقیم فوران‌های رادیویی سریع

مطالعه‌ی مستقیم فوران‌های رادیویی سریع

چندی پیش در یکی از مقاله‌های اسطرلاب، درباره‌ی فوران‌های رادیویی سریع یا FRBs۱ نوشتیم و کشف اولین همتای گذرای(۲) پرتو گاما برای فوران رادیویی سریع FRB131104 را گزارش دادیم. در مقاله‌ی این هفته، مطالعه‌ی جدیدی درباره‌ی فوران‌های رادیویی سریع را مورد بررسی قرار می‌دهیم که مربوط است به بررسی مستقیم زاویه‌ای بسیار دقیق این فوران‌ها با دقت‌های بهتر از ثانیه‌ی قوسی (زیرثانیه‌ی قوسی). مشاهدات محققان این پژوهش نشان می‌دهد که منبع فوران رادیویی سریع FRB121102 با محل یک هسته‌ی کهکشانی فعال با درخشندگی کم یا یک منبع خارج از کهکشانی شناخته‌شده‌ی دیگر منطبق است و احتمال کهکشانی‌بودن منشا این FRB را رد می‌کند.

فوران‌های رادیویی سریع، تشعشع‌های رادیویی پرانرژی هستند که در زمان بسیار کمی (در حد میلی‌ثانیه) رخ می‌دهند و ماهیت فیزیکی آن‌ها ناشناخته است. تاکنون تمام FRBها با تک‌تلسکوپ‌های بزرگی آشکار شده‌اند که دقت تعیین مکانیشان در حد دقیقه‌ی قوسی است. در این مقاله، مکان فوران رادیویی سریع FRB121102 با دقت ثانیه‌ی قوسی با استفاده از مشاهدات تداخل‌سنجی رادیویی وضوح بالا گزارش شده است. تعیین مکان با دقت بالا نشان می‌دهد که FRB121102 از جایی در فاصله‌ی ۰.۱ ثانیه‌ی قوسی یک منبع رادیویی ضعیف ناشی می‌شود که دارای طیفی پیوسته و منطبق بر تابش غیرگرمایی است و هم‌چنین یک همتای مرئی کم‌نور.

قابل ذکر است که FRB121102 تنها فوران تکرارشونده در میان FRBهایی است که تاکنون مشاهده‌ شده‌اند. خوشبختانه تکرار این فوران‌ها مطالعه‌ی مکانی این پدیده را امکان‌پذیرتر می‌کنند. در این مقاله از آرایه‌ی VLA۳ در ایالت نیومکزیکو و مشاهدات یکی از تلسکوپ‌های رصدخانه‌ی Arecibo در پورتوریکو استفاده شده است. محققان این مطالعه در بیش از ۸۳ ساعت از مشاهدات VLA در طول ۶ ماه، مجموعا ۹ فوران از FRB121102 در بازه‌ی ۲.۵ تا ۳.۵ گیگاهرتز با نرخ سیگنال به نویز بین ۱۰ تا ۱۵۰ آشکار کرده‌اند که مکان آسمانی همه‌ی آن‌ها بر هم منطبق است (با خطای حدودی ۰.۱ ثانیه‌‌ی قوسی). لازم به ذکر است که این فوران‌ها در زمان وقوعشان نیز آشکار شده بودند که در شکل ۱ نشان داده شده‌اند.

شکل ۱. مشاهده‌ی VLA از فوران رادیویی سریع FRB121102. تصویر (a) یکی از فوران‌ها که در ۲ سپتامبر ۲۰۱۶ رخ داده است. خطای حدودی محل آشکارسازی‌های قبلی Arecibo با دایره‌ها نشان داده شده‌ است. تصویر (b) بزرگ‌شده‌ی تصویر قبل که بر محل آشکارسازی متمرکز شده است و اندازه‌گیری ۰.۱ ثانیه‌ی قوسی فوران را نشان می‌دهد. تصویر (c) داده‌های فرکانس-زمان است که از VLA در مکان فوران استخراج شده است.

شکل ۱. مشاهده‌ی VLA از فوران رادیویی سریع FRB121102. تصویر (a) یکی از فوران‌ها که در ۲ سپتامبر ۲۰۱۶ رخ داده است. خطای حدودی محل آشکارسازی‌های قبلی Arecibo با دایره‌ها نشان داده شده‌ است. تصویر (b) بزرگ‌شده‌ی تصویر قبل که بر محل آشکارسازی متمرکز شده است و اندازه‌گیری ۰.۱ ثانیه‌ی قوسی فوران را نشان می‌دهد. تصویر (c) داده‌های فرکانس-زمان است که از VLA در مکان فوران استخراج شده است.

تصاویر رادیویی در فرکانس ۳ گیگاهرتز که با ادغام داده‌های VLA ساخته می‌شوند، یک منبع پیوسته در ۰.۱ ثانیه‌ی قوسی مکان فوران به دست می‌دهند که در این‌جا به آن منبع پایا گفته می‌شود. مشاهدات شبکه‌ی اروپایی VLBI و آرایه‌ی VLBA، این منبع پایا را آشکار کرده و اندازه‌ی آن را تا ۱.۷ میلی‌ثانیه‌ی قوسی محدود می‌کند.

محققان این مقاله در داده‌های طیف‌های مختلف اعم از زیرمیلی‌متر، فروسرخ، مرئی، و پرتوایکس به دنبال همتای الکترومغناطیسی برای این فوران رادیویی سریع گشته‌اند. در این جستجو یک منبع مرئی در داده‌های آرشیوی کِک(۴) و جمینی(۵) آشکار شده است که احتمال انطباق تصادفی آن کمتر از ۳.۵ در ۱۰ است. این منبع در رصدهای فروسرخ آشکار نشده است. مقایسه‌ی آن با انواع منابع شناخته‌شده، هیچ منبعی را با قطعیت برای آن مشخص نمی‌کند، اما این مشاهدات نشان می‌دهند که به احتمال زیاد، منبع، خارج کهکشانی است. از طرف دیگر پراکندگی زمان وقوع FRBها نیز دلیل دیگری است برای منشا فراکهکشانی آن‌ها. اندازه و طیف منبع پایا به نظر بر هسته‌ی کهکشانی فعال با درخشندگی‌ کم منطبق می‌آید اما مقدار پرتوایکس ساطع‌شده این برداشت را خیلی محتمل نمی‌داند. از طرف دیگر بقایای ابرنواختری فراکهکشانی جوان می‌توانند دمای درخشندگی لازم برای این فوران را ارضا کنند ولی این‌ها عموما طیف توانی ساده‌ای دارند و تغییرات بیشتری نسبت به مشاهدات فوران از خود نشان می‌دهند.

طبق تخمین‌های این مقاله اگر منبع در انتقال‌به‌سرخ کم‌تر از ۰.۳۲ قرار داشته باشد، منبع فوران و منبع پایا فاصله‌ای کم‌تر از ۵۰۰ پارسک خواهند داشت. می‌توان سه برداشت مختلف از رابطه‌ی بین این دو داشت: یکی این‌که این دو (منبع فوران و منبع پایا) اجرام نامرتبطی هستند که در یک کهکشان میزبان حضور دارند، مثلا یک ستاره‌ی نوترونی و یک هسته‌ی کهکشانی فعال. دومین برداشت این است که دو جرم می‌توانند با هم برهم‌کنش داشته باشند؛ مثلا در اثر برهم‌کنش ستاره‌ی نوترونی و هسته‌ی کهکشانی فعال، فوران‌های تکرارشونده تولید شده باشند. سومین احتمال این است که آن‌ها در واقع یک منبع‌اند که می‌تواند مثلا یک هسته‌ی کهکشانی فعال باشد که هر بار فوران‌های جدید تولید می‌کند. اما محققان این مقاله هیچ یک از این برداشت‌ها را به قطعیت درست نمی‌دانند و به نظر می‌رسد که مقایسه‌ی طیف منبع پایا با هریک از فوران‌ها به طور مجزا بتواند در آینده برداشت سوم یعنی یک‌منبعی را رد کند.

اگر FRBهای دیگر مشابه FRB121102 باشند، کشف این مقاله نشان می‌دهد که یافتن محل فوران‌ها با مشاهده‌ی مستقیم زیرثانیه‌ی قوسی امن‌ترین روش برای یافتن منبع باشد. خاصیت عادی همتاهای الکترومغناطیسی FRB121102 پیشنهاد می‌کند که تعیین همتاهای FRBهای دیگر با دایره‌ی خطای بزرگ کار دشواری است و باتوجه به این‌که هم‌بستگی کمی بین تغییرات منبع پایا و فوران‌ها وجود دارد، دنبال‌کردن سریع FRBها در کل به نظر کار مفیدی نمی‌رسد.


(۱) Fast Radio Bursts
(۲) Transient counterpart
(۳) Very Large Array
(۴) Keck
(۵) Gemini

عنوان اصلی مقاله: The direct localization of a fast radio burst and its host
نویسندگان: S. Chatterjee, et al
این مقاله در نشریه‌ی Nature چاپ شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: https://arxiv.org/abs/1701.01098
گردآوری: آزاده کیوانی

دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آزاده کیوانی

پژوهشگر پَسادکترا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا است که در زمینه‌ی اخترفیزیک ذره‌ای پژوهش می‌کند. در حال حاضر عضو تیم تحقیقاتی AMON و هم‌چنین عضو رصدخانه‌ی نوترینوی IceCube است. او در سال ۲۰۱۳ دکترای خود را در رشته‌ی اخترفیزیک از دانشگاه ایالتی لوییزیانا گرفته است و در طول تحصیلات تکمیلیش عضو رصدخانه Pierre Auger بوده است. پروژه‌ی دکترای او بررسی تأثیرات میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری بر روی انحراف پرتوهای کیهانی پرانرژی در راستای شناخت منشأ و نوع این ذرات بوده است.

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*