کاوش یک منبع مغناطیسی برای انفجارهای رادیویی سریع

ستاره‌شناسان شروع به نزدیک شدن به منشأ انفجارهای سریع رادیویی کرده‌اند – جرقه‌های قدرتمند و زودگذر امواج رادیویی که در فواصل فرا کهکشانی دیده می‌شوند.

تصویر هنری از یک مگنتار، یک ستاره نوترونی با میدان‌های مغناطیسی قدرتمند. ESA

ستاره‌های نوترونی بسیار مغناطیسی به نام مگنتار ممکن است مسئول بسیاری از این رویدادهای دوردست باشند، اما این اجرام شدید چگونه انفجارهای رادیویی سریعی را ایجاد می‌کنند؟

یک معمای کیهانی

انفجارهای رادیویی سریع از کجا می‌آیند. به نظر می‌رسد این معما زمانی حل شد که اولین انفجار رادیویی در کهکشان راه شیری از یک مگنتار بوجود آمد (بقایای ستاره‌ای فوق متراکم با میدان مغناطیسی تقریباً 100 بیلیون تا 10 تریلیون بار قوی‌تر از یک آهنربای یخچالی معمولی بود). اما همانطور که اغلب در اخترفیزیک اتفاق می‌افتد، حل یک پازل معماهای بیشتری را برانگیخت: چگونه مگنتارها این انفجارهای قوی و کوتاه امواج رادیویی را ایجاد می‌کنند و آیا از نزدیک سطح مگنتار یا مواد اطراف آن به وجود می‌آیند؟

مشاهدات پرتو ایکس و رادیویی مگنتار مرتبط با اولین انفجار رادیویی سریعی است که در کهکشان ما مشاهده شد. مگنتار منبع پرتو ایکس آبی روشن در مرکز باقیمانده ابرنواختر است. ژو و همکاران 2020

در مقاله امروز، آندری بلوبورودوف (دانشگاه کلمبیا و مؤسسه اخترفیزیک ماکس پلانک، آلمان) بررسی کرد که آیا یک انفجار رادیویی سریع ایجاد شده در نزدیکی سطح مگنتار می‌تواند از محدوده مگنتوسفر آن فرار کند – منطقه‌ای از فضا که در آن ذرات باردار به سمت مگنتوسفر (میدان مغناطیسی شدید مگنتار) خم می‌شوند.

مدل‌های مغناطیسی

تصویری از اندازه مگنتوسفر کره مشتری در آسمان شب. اگرچه مگنتوسفر مگنتار از نظر فیزیکی کوچکتر است، میدان مغناطیسی آن بسیار قوی‌تر است. ناسا / ESA

مگنتوسفرها در منظومه شمسی اهمیت زیادی دارند – مگنتوسفر زمین از ما در برابر ذرات پرانرژی تولید شده توسط خورشید محافظت می‌کند و اگر چشمان ما برای دیدن طول موجهای رادیویی سازگار شوند، مگنتوسفر مشتری را در آسمان مشاهده می‌کنیم. با این حال، مگنتوسفر یک مگنتار بسیار عجیبتر از این نمونه‌های نزدیک است. ستاره نوترونی مغناطیسی شده در مرکز، پلاسمایی از الکترون‌ها و همتایان با بار مثبت آن‌ها، پوزیترون‌ها، تولید می‌کند که مگنتوسفر را پر می‌کند و ممکن است از انفجار رادیویی ایجاد شده در نزدیکی سطح مگنتار به فضا جلوگیری کند.

بلوبورودوف از معادلات فیزیک پلاسما استفاده کرد تا بفهمد چگونه یک انفجار رادیویی ممکن است با ذرات باردار و میدانهای مغناطیسی درون مگنتوسفر مگنتار برهمکنش داشته باشد. همانطور که انفجار رادیویی به سمت بیرون حرکت میکند، مگنتوسفر را فشرده می‌کند و تکانه آن را به میدانهای مغناطیسی و پلاسما منتقل می‌کند. الکترون‌ها و پوزیترون‌های نوسانی پرتوهای گاما ساطع می‌کنند که می‌توانند با هم برخورد کنند تا الکترون‌ها و پوزیترون‌های بیشتری تولید کنند – آبشاری از ذرات و پرتوهای گاما ایجاد می‌کنند که موج رادیویی را پراکنده می‌کنند و انرژی آن را کاهش می‌دهند. برای موج رادیویی، هیچ راه گریزی وجود ندارد. بلوبوردوف دریافت که اگر در 100000 کیلومتری سطح مگنتار ایجاد شود، بعید است که یک انفجار رادیویی سریع بتواند از چنگ مگنتوسفر خارج شود.

در حالی که یافته‌های بلوبوردوف امکان انفجارهای رادیویی سریع را که از درون مغناطیس‌کره داخلی ایجاد می‌شوند را رد می‌کند، راه‌های دیگری نیز وجود دارد که مگنتارها می‌توانند این رویدادها را تقویت کنند. احتمال دیگر این است که انفجارهای رادیویی سریع بسیار دورتر از مگنتار شکل می‌گیرند که در آن شراره‌های مگنتوسفری با باد خارج شده از مگنتار برخورد می‌کنند.

عکس تلسکوپ رادیویی CHIME در بریتیش کلمبیا. آندره رنارد / موسسه دانلپ / همکاری CHIME

خوشبختانه، تلسکوپ رادیویی CHIME آماده است تا مشاهدات جدیدی را به فهرست موجود صدها انفجار رادیویی سریع اضافه کند و به ما در درک منابع این رویدادهای مرموز و فیزیک پیچیده پشت آنها کمک کند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

EXPLORING A MAGNETOSPHERIC ORIGIN FOR FAST RADIO BURSTS

BY: AAS NOVA JANUARY 24, 2022

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/exploring-magnetospheric-origin-fast-radio-bursts/