عندما لاحظ الفلكيون لأول مرة اكتشاف انفجار راديو سريع (FRB) في عام 2007 (المعروف أيضًا باسم انفجار لوريمر) ، كانوا مذهولين ومثيرًا للانتباه. يبدو أن هذا النبض عالي الطاقة من النبضات الراديوية ، الذي استمر بضع ثوانٍ فقط ، قادم من خارج مجرتنا. منذ ذلك الوقت ، وجد الفلكيون أدلة على العديد من مركبات FRBs في البيانات المسجلة سابقًا ، وما زالوا يتكهنون بأسبابها.
بفضل الاكتشافات والبحوث اللاحقة ، يعرف الفلكيون الآن أن FRBs أكثر شيوعًا مما كان يعتقد سابقًا. في الواقع ، وفقًا لدراسة جديدة أجراها فريق من الباحثين من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ، قد تحدث FRBs مرة واحدة كل ثانية داخل الكون المرئي. إذا كان ذلك صحيحًا ، يمكن أن تكون FRBs أداة قوية للبحث في أصول الكون وتطوره.
ظهرت الدراسة التي حملت عنوان "انفجار راديو سريع في كل ثانية في الكون المرئي" في الآونة الأخيرة رسائل مجلة الفيزياء الفلكية. قاد الدراسة أناستاسيا فيالكوف ، باحثة ما بعد الدكتوراه وزميلة في معهد CfA للنظرية والحساب (ITC). وانضم إليها البروفيسور أبراهام لوب ، مدير مركز التجارة الدولية وفرانك بيرد ، أستاذ العلوم بجامعة هارفارد.
كما لوحظ ، ظلت FRBs شيئًا من الغموض منذ اكتشافها لأول مرة. ليس فقط أن أسبابهم لا تزال مجهولة ، ولكن الكثير عن طبيعتها الحقيقية لا يزال غير مفهومة. كما أخبر دكتور فيالكوف مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"FRBs (أو الرشقات الراديوية السريعة) هي إشارات فيزيائية فلكية ذات طبيعة غير محددة. الرشقات المرصودة قصيرة (أو مدتها بالمللي ثانية) ، نبضات مشرقة في الجزء الراديوي من الطيف الكهرومغناطيسي (بترددات GHz). وقد تم رصد 24 رشقة فقط حتى الآن وما زلنا لا نعرف على وجه اليقين ما هي العمليات الفيزيائية التي تسببها. التفسير الأكثر منطقية هو أنها تطلق عن طريق تدوير النجوم النيوترونية الممغنطة. ومع ذلك ، يجب تأكيد هذه النظرية ".
من أجل دراستهم ، اعتمد فيالكوف ولوب على الملاحظات التي أجراها تلسكوبات متعددة من الاندفاع الراديوي السريع المتكرر المعروف باسم FRB 121102. وقد لوحظ هذا FRB لأول مرة في عام 2012 من قبل الباحثين باستخدام تلسكوب راديو Arecibo في بورتوريكو ، ومنذ ذلك الحين تأكد أنها قادمة من مجرة تقع على بعد 3 مليار سنة ضوئية في اتجاه كوكبة Auriga.
منذ اكتشافه ، تم الكشف عن رشقات نارية إضافية قادمة من موقعه ، مما يجعل FRB 121102 المثال الوحيد المعروف لتكرار FRB. سمحت هذه الطبيعة المتكررة أيضًا لعلماء الفلك بإجراء دراسات أكثر تفصيلاً عنها من أي FRB آخر. وكما أخبر البروفيسور لويب مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني ، فإن هذه الأسباب وغيرها جعلت منها هدفًا مثاليًا لدراستهم:
"FRB 121102 هو FRB الوحيد الذي تم تحديد مجرة مضيفة ومسافة له. وهو أيضًا مصدر FRB الوحيد المتكرر الذي اكتشفنا منه مئات FRBs الآن. يتمركز الطيف الراديوي من FRBs على تردد مميز ولا يغطي نطاقًا واسعًا جدًا. ولهذا آثار مهمة على قابلية الكشف عن هذه FRBs ، لأنه من أجل العثور عليها يجب ضبط المرصد الراديوي على ترددها ".
بناءً على ما يعرف عن FRB 121102 ، أجرى Fialkov و Loeb سلسلة من الحسابات التي افترضت أن سلوكه كان يمثل جميع FRBs. ثم توقعوا عدد FRBs الموجودة عبر السماء بأكملها وقرروا أنه داخل الكون المرصود ، من المحتمل أن يحدث FRB مرة واحدة كل ثانية. وأوضح فيالكوف:
"بافتراض أن FRBs تنتجها مجرات من نوع معين (على سبيل المثال ، على غرار FRB 121102) يمكننا حساب عدد FRBs التي يجب أن تنتجها كل مجرة لشرح الملاحظات الحالية (أي 2000 لكل سماء في اليوم). مع أخذ هذا العدد في الاعتبار ، يمكننا استنتاج معدل الإنتاج لجميع سكان المجرات. يوضح هذا الحساب أن FRB يحدث كل ثانية عند حساب جميع الأحداث الضعيفة. "
في حين أن طبيعة وأصول FRBs لا تزال غير معروفة - تتضمن الاقتراحات نجوم نيوترونية دوارة وحتى ذكاء غريب! - يشير فيالكوف ولويب إلى أنه يمكن استخدامهما لدراسة بنية الكون وتطوره. إذا حدثت بالفعل مع مثل هذا التردد المنتظم في جميع أنحاء الكون ، فعندئذ يمكن للمصادر البعيدة أن تكون بمثابة مجسات يعتمد عليها علماء الفلك عندئذٍ لعمق أعماق الفضاء.
على سبيل المثال ، على مسافات كونية شاسعة ، هناك كمية كبيرة من المواد المتداخلة التي تجعل من الصعب على الفلكيين دراسة الخلفية الميكروية الكونية (CMB) - الإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير. يمكن أن تؤدي دراسات هذه المادة المتداخلة إلى تقديرات جديدة لمدى كثافة المساحة - أي مقدارها الذي يتكون من المادة العادية والمادة المظلمة والطاقة المظلمة - ومدى سرعة توسعها.
وكما أشار البروفيسور لوب ، يمكن استخدام FRBs لاستكشاف أسئلة علمية دائمة ، مثل كيف انتهى "العصر المظلم" للكون:
يمكن استخدام FRBs لقياس عمود الإلكترونات الحرة باتجاه مصدرها. يمكن استخدام هذا لقياس كثافة المادة العادية بين المجرات في الكون المعاصر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام FRBs في العصور الكونية المبكرة لمعرفة متى قام ضوء الأشعة فوق البنفسجية من النجوم الأولى بتكسير ذرات الهيدروجين البدائية المتبقية من الانفجار الكبير إلى إلكتروناتها وبروتوناتها. "
تميز "العصر المظلم" ، الذي حدث بين 380،000 و 150 مليون سنة بعد الانفجار الكبير ، بـ "ضباب" ذرات الهيدروجين التي تتفاعل مع الفوتونات. ونتيجة لذلك ، لا يمكن الكشف عن إشعاع هذه الفترة بأدواتنا الحالية. في الوقت الحاضر ، لا يزال العلماء يحاولون حل كيفية قيام الكون بالانتقال بين هذه "العصور المظلمة" والعهود اللاحقة عندما كان الكون مليئًا بالضوء.
هذه الفترة من "إعادة التأيين" ، التي حدثت بعد 150 مليون إلى مليار سنة بعد الانفجار العظيم ، كانت عندما تشكلت النجوم الأولى والنجوم الزائفة. يعتقد بشكل عام أن ضوء الأشعة فوق البنفسجية من النجوم الأولى في الكون سافر للخارج لتأين غاز الهيدروجين (وبالتالي إزالة الضباب). اقترحت دراسة حديثة أيضًا أن الثقوب السوداء الموجودة في أوائل الكون خلقت "الرياح" الضرورية التي سمحت لهذا الإشعاع المؤين بالهروب.
تحقيقا لهذه الغاية ، يمكن استخدام FRBs للتحقيق في هذه الفترة المبكرة من الكون وتحديد ما كسر هذا "الضباب" وسمح للضوء بالهروب. يمكن لدراسة FRBs البعيدة أن تسمح للعلماء بدراسة أين ومتى وكيف حدثت عملية "إعادة التأين" هذه. واستشرافا للمستقبل ، أوضح فيالكوف ولوب كيف ستتمكن التلسكوبات الراديوية المستقبلية من اكتشاف العديد من FRBs.
قال الأستاذ لوب: "المراصد الراديوية المستقبلية ، مثل مصفوفة الكيلومتر المربع ، ستكون حساسة بما يكفي للكشف عن FRBs من الجيل الأول من المجرات على حافة الكون المرئي". "يقدم عملنا التقدير الأول لعدد وخصائص أول ومضات موجات الراديو التي أضاءت في الكون الرضيع."
ثم هناك التجربة الكندية لرسم خرائط كثافة الهيدروجين (CHIME) في مرصد راديو دومينيون الفلكي الفيزيائي في كولومبيا البريطانية ، والتي بدأت العمل مؤخرًا. ستعمل هذه الأدوات وغيرها كأدوات قوية للكشف عن FRBs ، والتي يمكن استخدامها بدورها لعرض المناطق غير المرئية من الزمان والمكان ، وفتح بعض أعمق الألغاز الكونية.
قال الدكتور فيالكوف: "من المتوقع أن يرى التلسكوب من الجيل التالي (بحساسية أفضل بكثير من تلك الموجودة حاليًا) عددًا أكبر من FRBs مما هو ملاحظ اليوم". "سيسمح هذا بتوصيف سكان FRBs وتحديد أصلهم. سيكون فهم طبيعة FRBs انفراج كبير. بمجرد معرفة خصائص هذه المصادر ، يمكن استخدام FRBs كمنارات كونية لاستكشاف الكون. أحد التطبيقات هو دراسة تاريخ إعادة التأين (انتقال الطور الكوني عندما تأين النجوم بين المجرة).
إنها فكرة ملهمة تستخدم الظواهر الكونية الطبيعية كأدوات بحث. في هذا الصدد ، فإن استخدام FRBs لاستكشاف الأجسام البعيدة في الفضاء (وبعيدًا عن الزمن قدر الإمكان) يشبه إلى حد ما استخدام الكوازارات كمنارات ملاحية. في النهاية ، يتيح لنا تقدم معرفتنا بالكون استكشاف المزيد منه.
