ไม่ทราบลักษณะการระเบิดของวิทยุจักรวาล

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

ปรากฏการณ์จักรวาลที่ลึกลับที่สุดอย่างหนึ่งคือคลื่นวิทยุระเบิดอย่างรวดเร็ว เหล่านี้เป็นสัญญาณวิทยุระยะเวลาสั้น ๆ หลายมิลลิวินาทีที่มีลักษณะที่ไม่รู้จักซึ่งเป็นผลมาจากการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล กว่าทศวรรษที่ผ่านมาตั้งแต่การค้นพบของพวกเขา แต่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ยังคงพยายามหากลไกของการเกิดขึ้นของพวกเขา นักวิจัยอ้างถึงดาวนิวตรอน หลุมดำ และแม้แต่เครื่องส่งอารยธรรมต่างดาวว่าเป็นแหล่งที่เป็นไปได้

สัญญาณลึกลับ

ด้วยคลื่นวิทยุระเบิดอย่างรวดเร็ว ในหน่วยมิลลิวินาที จะมีการปล่อยพลังงานออกมามากที่สุดเท่าที่ดวงอาทิตย์จะปล่อยออกมาในช่วงเวลาหลายหมื่นปี สมมติฐานหลักคือเกิดจากเหตุการณ์ภัยพิบัติ เช่น การรวมตัวกันของดาวนิวตรอน 2 ดวง แฟลชจากการระเหยของหลุมดำ หรือการเปลี่ยนแปลงของพัลซาร์เป็นหลุมดำ เชื่อกันมานานแล้วว่าคลื่นวิทยุระเบิดสามารถเกิดขึ้นได้เพียงครั้งเดียว แต่ในปี 2558 พบว่าคลื่นวิทยุระเบิดแบบเร็วที่บันทึกไว้ก่อนหน้านี้ FRB 121102 ทำซ้ำในลักษณะที่ไม่เป็นระยะ

FRB 121102 ตั้งอยู่ในดาราจักรแคระที่อยู่ห่างจากโลก 3 พันล้านปีแสง และเป็นเวลาหลายปีที่ยังคงเป็นเพียงแหล่งเดียวที่ทราบกันของการระเบิดของคลื่นวิทยุที่เกิดซ้ำ แม้จะทำการค้นหาอย่างระมัดระวังแล้วก็ตาม อย่างไรก็ตาม ในเดือนมกราคม 2019 บทความโดยนักวิทยาศาสตร์จากความร่วมมือของแคนาดา CHIME ปรากฏในวารสาร Nature ซึ่งมีรายงานเกี่ยวกับการลงทะเบียนสัญญาณจากแหล่งอื่นอีกครั้ง - 180814. J0422 + 73 กล้องโทรทรรศน์วิทยุอินเตอร์เฟอโรเมตริก CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) ได้บันทึกคลื่นวิทยุระเบิดอย่างรวดเร็วหกครั้งซึ่งมาจากกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไป 1.3 พันล้านปีแสง

สัญญาณในโครงสร้างความถี่และลักษณะสเปกตรัมคล้ายกับสัญญาณจาก FRB 121102 ซึ่งบ่งชี้กลไกการก่อตัวที่คล้ายคลึงกันและลักษณะของแหล่งกำเนิดเหมือนกัน การค้นพบนี้บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของคลื่นวิทยุระเบิดแบบเร็วที่แยกจากกัน ซึ่งไม่สามารถเกิดจากเหตุการณ์ภัยพิบัติได้อย่างแม่นยำเนื่องจากการเกิดขึ้นอีก

กาแล็กซี่เงียบ

ในเดือนสิงหาคม 2019 ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้ระบุแหล่งที่มาของการระเบิดด้วยคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็วเพียงครั้งเดียว FRB 180924 ซึ่งมีต้นกำเนิดในกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไปสี่พันล้านปีแสง

นักดาราศาสตร์ใช้เครื่องวัดระยะคลื่นวิทยุ ASKAP ในประเทศออสเตรเลียระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิด FRB จากนั้นจึงคำนวณระยะทางโดยการวิเคราะห์ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินแบบออปติคัล Gemini, Keck และ VLT ปรากฎว่าเปลวไฟวิทยุเกิดขึ้นในดาราจักรขนาดใหญ่ขนาดเท่าทางช้างเผือก ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลาง 13,000 ปีแสง ลักษณะเฉพาะของดาราจักรคือการไม่มีกระบวนการกำเนิดดาวดวงใหม่

ซึ่งตรงกันข้ามกับสัญญาณซ้ำๆ กัน FRB 121102 ซึ่งอยู่ในบริเวณของการก่อตัวดาวฤกษ์ที่ทำงานอยู่ ดังนั้นวิทยุระเบิดแบบเร็วครั้งเดียวและซ้ำๆ ต้องมีต้นกำเนิดต่างกัน ในกรณีของ FRB 121102 ดูเหมือนว่าสัญญาณวิทยุจะผ่านสนามแม่เหล็กอันทรงพลังรอบๆ แมกนีตาร์ ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนชนิดพิเศษ

ในไม่ช้า นักดาราศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียในสหรัฐอเมริการายงานการค้นพบคลื่นวิทยุระเบิด FRB 190523 อีกครั้ง ซึ่งเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างสงบเช่นกัน - ในดาราจักรที่คล้ายคลึงกับทางช้างเผือกและอยู่ห่างออกไป 7.9 พันล้านปีแสง จากโลก

การค้นพบทั้งสองนี้หักล้างว่าคลื่นวิทยุระเบิดอย่างรวดเร็วสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะในกาแลคซีแคระอายุน้อยที่มีแมกนีตาร์จำนวนมากเท่านั้น

แฝดแปด

ในเดือนสิงหาคม 2019 บทความโดย CHIME ซึ่งเป็นความร่วมมือของแคนาดาได้ปรากฏในพื้นที่เก็บข้อมูลเตรียมพิมพ์ของ arXiv.org ซึ่งรายงานการตรวจจับสัญญาณวิทยุที่ทำซ้ำแปดสัญญาณ แหล่งที่มาของสัญญาณวิทยุสองแหล่ง - FRB 180916 และ FRB 181119 - กะพริบมากกว่าสองครั้ง (สิบและสามครั้งตามลำดับ) ส่วนที่เหลือส่งสัญญาณวิทยุซ้ำเพียงครั้งเดียวโดยหยุดชั่วคราวระหว่างการบันทึกคลื่นวิทยุนานที่สุดคือ 20 ชั่วโมง นักวิจัยกล่าวว่าสิ่งนี้อาจบ่งชี้ว่า FRB จำนวนมากมีความซ้ำซากจำเจ แต่บางตัวมีความกระตือรือร้นมากกว่าตัวอื่น

การระเบิดด้วยคลื่นวิทยุแบบเร็วใหม่ทั้งหมดแปดครั้งแสดงให้เห็นว่าความถี่สัญญาณลดลงเมื่อมีการระเบิดซ้ำแต่ละครั้ง ซึ่งอาจเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจกลไกที่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์เหล่านี้ นอกจากนี้ FRB 180916 ยังมีอัตราการกระจายสัญญาณต่ำที่สุด ซึ่งบ่งชี้ถึงความใกล้ชิดสัมพัทธ์ของแหล่งกำเนิดกับโลก นอกจากนี้ยังสามารถช่วยกำหนดลักษณะของการระเบิดของคลื่นวิทยุได้อีกด้วย นักวิจัยสรุป

ดาวนรก

ในช่วงปลายฤดูร้อนปี 2019 นักวิทยาศาสตร์ที่ National Center for Radioastrophysics แห่งชาติในอินเดียรายงานว่าสนามแม่เหล็กยังคงเป็นหนึ่งในแหล่งที่มาของคลื่นวิทยุที่ระเบิดอย่างรวดเร็ว (อย่างน้อยก็เกิดซ้ำ)

แมกนีตาร์ผิดปกติ XTE J1810-197 ถูกพบด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดยักษ์ มีการบันทึกคลื่นวิทยุเป็นพัลส์มิลลิวินาที ซึ่งคล้ายกับการกะพริบจาก FRB 180814. J0422 + 73 ซ้ำ

แมกนีทาร์นี้อยู่ห่างจากโลก 10,000 ปีแสง มันถูกค้นพบในปี 2546 และค่อยๆหยุดปล่อยคลื่นวิทยุในปี 2551 อย่างไรก็ตามในปี 2561 มีการระบาดครั้งใหม่ซึ่งก็เริ่มจางหายไปเช่นกัน สิ่งที่น่าสนใจคือ แม่เหล็กมักไม่ปล่อยคลื่นวิทยุ และ XTE J1810-197 เป็นแหล่งปล่อยคลื่นวิทยุประเภทนี้แห่งแรก ความหายากของวัตถุนี้ เช่นเดียวกับการระเบิดทางวิทยุซ้ำๆ ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าปรากฏการณ์ทั้งสองอาจเกี่ยวข้องกัน

รูที่มีเสียงดัง

ในเดือนกันยายน 2019 นักดาราศาสตร์จีนรายงานว่าพวกเขาตรวจพบคลื่นวิทยุระเบิดแบบเร็วซ้ำ (FRB) จาก FRB 121102 ตรวจพบสัญญาณดังกล่าวด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ FAST ระยะทาง 500 เมตรพร้อมเครื่องรับ 19 ลำในมณฑลกุ้ยโจว ตั้งแต่ปลายเดือนสิงหาคมถึงกันยายน มีการบันทึกการพุ่งขึ้นมากกว่า 100 ครั้ง ซึ่งเป็นสถิติสูงสุดในบรรดา FRB ที่บันทึกไว้ทั้งหมด

เมื่อถึงเวลานั้น นักวิทยาศาสตร์เริ่มสันนิษฐานว่า FRB 121102 เป็นหลุมดำมวลยวดยิ่งที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 10-100 ล้านครั้ง และสร้างสนามแม่เหล็กอันทรงพลัง และดาวนิวตรอนหรือพลาสมาที่ได้รับผลกระทบจากหลุมนั้นอาจเป็นสาเหตุโดยตรง แหล่งที่มาของเปลวไฟ คำอธิบายที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือ FRB 121102 เป็นเพลเลียนที่มีสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นเนบิวลาที่เกิดจากลมดาวฤกษ์จากพัลซาร์

ในขณะที่การระเบิดของคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็วยังคงไม่สามารถอธิบายได้ ข้อมูลจำนวนมากถูกนำเสนอต่อชุมชนวิทยาศาสตร์ในปี 2019 ซึ่งทำให้นักดาราศาสตร์เข้าใกล้วิธีแก้ปัญหามากขึ้น ปรากฎว่า FRB สามารถทำซ้ำได้และอาจทำบ่อยมาก ในกรณีนี้ พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุที่ค่อนข้างแปลกใหม่ เช่น ดาวนิวตรอน (พัลซาร์และแมกนีตาร์) ซึ่งอยู่ในมวลสารระหว่างดวงดาวที่เหมาะสม การระเบิดครั้งเดียวเกิดขึ้นในสภาวะที่ปั่นป่วนน้อยกว่า: ดาราจักรที่ก่อตัวดาวได้ช้ามาก ปรากฏการณ์ดังกล่าวน่าจะเกิดขึ้นจริงเนื่องจากกระบวนการแห่งความหายนะ