کشف همتای گذرای پرتو گاما برای یک فوران رادیویی سریع

0 0 0 0

توسط آزاده کیوانی , 25 دسامبر 2016

فوران‌‌های رادیویی سریع یا FRBs^۱، فوران‌هایی هستند که در عرض چند میلی‌ثانیه رخ می‌دهند و تابشی همدوس با فرکانس گیگاهرتز ساطع می‌کنند. این فوران‌ها عموما در مساحی‌های تپ‌اختر رادیویی کشف شده‌اند. به نظر می‌رسد که بسیاری از این فوران‌ها در فواصل کیهانی (بزرگتر از ۱ گیگاپارسک) تولید می‌شوند که این موضوع جذابیت آن‌ها را افزایش می‌دهد. با امکانات فعلی، این فوران‌ها را تا انتقال‌به‌سرخ حدود ۰.۸۵ می‌توان مشاهده کرد. تخمین‌ها نشان می‌دهند که آهنگ این فوران‌ها با توجه به قابلیت‌های مشاهداتی ما حدود ۷٪ آهنگ مشاهده‌ی انفجارهای ابرنواختری رمبش هسته‌ای است.

فوران‌های رادیویی پدیده‌های پراهمیتی در مطالعه‌ی آسمان رادیویی و هم‌چنین مؤلفه‌ی مهمی برای شناخت فعالیت گذرای^(۲) فراکهکشانی و کیهان هستند. هرچند مطالعه‌ی این پدیده‌ها در طیف رادیویی، پیشنهادهایی برای طبیعت این پدیده‌ها ارائه کرده است، اما تاکنون با توجه به مطالعات بسیار زیاد بر روی این فوران‌ها، هیچ همتای^(۳) غیر رادیویی یا هیچ کهکشان میزبانی (به قطعیت) برای آن‌ها کشف نشده است. از این رو، اندازه‌گیری دقیق فواصل، انرژی، و ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها به درستی شناخته نشده است.

در سال‌های اخیر، مطالعات چندطیفی^(۴) و نجوم پیام‌رسان‌های چندگانه^(۵) محبوبیت خاصی در بین منجمان پیدا کرده است. این مطالعات هم با بررسی داده‌های آرشیوی رصدخانه‌های مختلف و هم به صورت مشاهدات ثانویه‌ی سریع توسط رصدخانه‌های دیگر در زمان بسیا‌ر نزدیک به دریافت سیگنالی مهم از یک رصدخانه رخ می‌دهند. برای مثال، اگر یک نوترینوی پرانرژی توسط رصدخانه‌ی آیس‌کیوب^(۶) آشکار شود، تعداد زیادی از تلسکوپ‌های زمینی و ماهواره‌ای در اولین فرصت به سمت جهت آشکارسازی ذره‌ی نوترینو چرخیده و آن بخش از آسمان را رصد می‌کنند تا ببینند آیا منبع تولیدکننده‌ی نوترینو، هیچ همتای الکترومغناطیسی به طور هم‌زمان یا با تاخیر (پس‌تاب) ساطع کرده است یا خیر. رصدخانه‌هایی که فاقد تلسکوپ قابل چرخش هستند نیز در داده‌هایشان (مثلا یک روز قبل و بعد از نوترینو) به دنبال سیگنال‌های مربوطه می‌گردند. این مطالعات چندگانه به کشف منابع اخترفیزیکی، شناخت ویژگی‌های آن‌ها، و شناخت عالم دوردست به ما کمک می‌کنند.

شکل ۱. تصویر کشف همتای پرتو گامای گذرا مربوط به فوران رادیویی سریع FRB131104 که از داده‌های تلسکوپ سوییفت بَت به دست آمده است. تصویر بالا، بخش کوچکی از زاویه‌ی دید تلسکوپ بَت، تصویرشده در صفحه‌ی مماس را نشان می‌دهد. دایره‌ی سیاه بخش مورد جستجو برای این فوران رادیویی سریع را نشان می‌دهد. تصویر پایین، منحنی نوری باند نرم (۱۵ تا ۵۰ کیلوالکترون‌ولت) را برای پرتو گامای کاندید نشان می‌دهد. زمان از لحظه‌ی آشکارسازی فوران رادیویی سریع اندازه‌گیری شده است.

در این مقاله، محققان با استفاده از داده‌های تلسکوپ سوییفت بَت^(۷)، یک همتای گذرا^(۸) برای فوران رادیویی سریع FRB131104 در محدوده‌ی پرتو گاما یافته‌اند. محققان این مقاله در داده‌های تلسکوپ سوییفت از نوامبر ۲۰۰۴ که تلسکوپ سوییفت بَت تقریبا به طور پیوسته فعالیت کرده است کاوش کرده‌اند. در این مدت، دو تا از ۱۳ فوران‌ رادیویی سریع غیر تکرارشونده و دو تا از ۱۷ فوران تکرارشونده‌ی مربوط به FRB121102 در زاویه‌ی دید تلسکوپ بَت قرار داشته‌اند. محققان در این جستجو یک کاندید گذرای تابش پرتو گاما دارای اهمیت آماری معادل ۳.۲سیگما مربوط به FRB131104 پیدا کرده‌اند^(۹). موقعیت این پدیده‌ی گذرا در آسمان در شکل ۱ نشان داده شده است. این تابش گذرا لااقل حدود ۱۰۰ ثانیه طول کشیده است و شار انرژی برابر با ۴ در ۱۰^-۶  ارگ بر مجذور سانتی‌متر دارد که بدین معنی است که تخمین بودجه‌ی انرژی این پدیده را تا میلیاردها برابر بیشتر می‌کند. در انتقال‌به‌سرخی معادل حدود ۰.۵۵، خروجی انرژی پرتو گامای مربوط به فوران حدود ۵ در ۱۰^۵۱  ارگ است. نسبت شار انرژی مشاهده‌شده‌ی رادیویی به پرتو گاما برای این فوران رادیویی سریع با حد پایین به‌دست‌آمده از مشاهدات سوییفت از یک فوران رادیویی سریع دیگر (که در محدوده‌ی پرتو گاما تابشی نداشته) منطبق است. هم‌چنین با حد بالای به‌دست‌آمده‌ی درخشان‌ترین فوران پرتو گاما از SGR1806-20 (که در محدوده‌ی رادیویی تابشی نداشته) منطبق است.

مشاهدات مختلف در پرتو ایکس، فرابنفش، و مرئی (که از دو روز بعد از این فوران رادیویی سریع انجام شدند) هیچ پس‌تاب مربوط یا انفجار ابرنواختری یا منبع گذرایی را آشکار نکردند. از این رو، طبق مشاهدات سوییفت، ارتباط با ۶۵٪ از درخشان‌ترین پس‌تاب‌های پرتو ایکس مربوط به انفجارهای پرتو گاما^(۱۰) غیرواقعی به نظر می‌رسد ولی احتمال ارتباط با یک ابرنواختر در فواصل ۱۰٪ دورتر نسبت به فاصله‌ی این FRB (بیش از ۳۲۰ مگاپارسک) با این مشاهدات از بین نمی‌رود.

طبق مطالعات نظری و مدل‌های موجود، تابش پرتو گامای گذرا که درخشندگی بسیار زیادی دارد، به طور طبیعی می‌تواند در یک جریان نسبیتی یا شوک به وجود آید، برای مثال از فوران‌های مگنتارها، فوران‌های پرتو گاما، ابرنواخترهای نسبیتی، و گونه‌هایی از فعالیت‌ هسته‌ای کهکشانی. کشف این مقاله، احتمال منشا فراکهکشانی را برای حداقل برخی از FRBها تقویت می‌کند و پیشنهاد می‌دهد که مشاهدات سریع ثانویه‌ در طیف‌های مختلف می‌تواند همتاهای FRBها را در آینده کشف کند و این پدیده‌ی مرموز را بهتر بشناساند.