کشف «فانوس دریایی» کیهانی که نباید وجود داشته باشد

این شیء – نوعی ستاره‌ی چرخان که به عنوان تپ‌اختر شناخته می‌شود – کندتر از آنچه کسی تصور می‌کرد، در حال چرخش است.

مانیسا کالب و یو وینگ جاشوا لی: هنگامی که برخی از بزرگترین ستارگان به پایان عمر خود می‌رسند، در ابرنواخترهای دیدنی منفجر می‌شوند و هسته‌های فوق‌العاده متراکمی به نام ستاره‌ی نوترونی از خود به جای می‌گذارند. برخی از این بقایا، پرتوهای رادیویی قدرتمندی از قطب‌های مغناطیسی خود ساطع می‌کنند.

همانطور که ستاره می‌چرخد، این پرتوها از کنار زمین عبور می‌کنند و پالس‌های دوره‌ای امواج رادیویی را، درست مانند یک فانوس دریایی کیهانی، تولید می‌کنند. این رفتار باعث شده که آنها نام «تپ‌اختر» را به خود اختصاص دهند.

تپ‌اخترها معمولاً با سرعت فوق‌العاده‌ای می‌چرخند و اغلب یک چرخش کامل را فقط در چند ثانیه – یا حتی کمتر – انجام می‌دهند. طی سه سال گذشته، اشیاء مرموزی ظاهر شده‌اند که پالس‌های رادیویی دوره‌ای را در فواصل بسیار کندتر ساطع می‌کنند، که با درک فعلی ما از ستارگان نوترونی، توضیح آن دشوار است.

در تحقیقات جدید، ما کندترین فانوس دریایی کیهانی را تاکنون یافته‌ایم – فانوسی که هر ۶.۵ ساعت یک بار می‌چرخد. این کشف که در نشریه Nature Astronomy منتشر شده، مرزهای آنچه را که ممکن می‌دانستیم، جابجا می‌کند.

فانوس دریایی کند ما همچنین به گونه‌ای با زمین هم‌تراز است که به ما امکان می‌دهد پالس‌های رادیویی را از هر دو قطب مغناطیسی آن ببینیم. این پدیده نادر برای اشیایی که اینقدر کند می‌چرخند، اولین بار است و دریچه‌ای جدید به چگونگی عملکرد این ستارگان ارائه می‌دهد.

شیئی که نباید وجود داشته باشد؟

ما این شیء را که ASKAP J1839-0756 نامگذاری شده، با استفاده از تلسکوپ رادیویی ASKAP سازمان تحقیقات علمی و صنعتی همسود (CSIRO) واقع در سرزمین واجاری یاماجی در استرالیای غربی کشف کردیم.

در طی یک مشاهده‌ی معمول، ASKAP J1839-0756 برجسته بود زیرا هیچ شیء شناخته شده‌ی قبلی در موقعیت آن شناسایی نشده بود. انتشار رادیویی آن به صورت یک انفجار محو شونده ظاهر شد و درخشندگی آن فقط در ۱۵ دقیقه ۹۵٪ کاهش یافت.

در ابتدا، ما هیچ ایده‌ای نداشتیم که منبع در حال انتشار پالس‌های رادیویی دوره‌ای است. فقط یک انفجار در طی مشاهده‌ی اولیه شناسایی شده بود.

برای کشف بیشتر، مشاهدات بیشتری را با ASKAP و همچنین آرایه‌ی فشرده‌ی تلسکوپ استرالیایی CSIRO در سرزمین کامی لاروی در نارابری، نیو ساوت ولز، و تلسکوپ رادیویی بسیار حساس MeerKAT در آفریقای جنوبی انجام دادیم. یک مشاهده‌ی طولانی ASKAP در نهایت دو پالس جدا شده با فاصله‌ی ۶.۵ ساعت را نشان داد و ماهیت دوره‌ای منبع را تأیید کرد.

اما نکته‌ی واقعاً شگفت‌انگیز اینجاست: طبق آنچه ما در مورد ستارگان نوترونی می‌دانیم، ASKAP J1839-0756 حتی نباید وجود داشته باشد.

ستارگان نوترونی با تبدیل انرژی چرخشی خود به تابش، پالس‌های رادیویی ساطع می‌کنند. با گذشت زمان، آنها انرژی خود را از دست می‌دهند و کند می‌شوند.

نظریه‌ی استاندارد می‌گوید که هنگامی که چرخش یک ستاره‌ی نوترونی از نقطه‌ی مشخصی (حدود یک چرخش در دقیقه) کندتر شود، باید به طور کلی از انتشار پالس‌های رادیویی متوقف شود. با این حال، ASKAP J1839-0756 در اینجا با سرعت آرام یک چرخش در هر ۶.۵ ساعت، کیهان را روشن می‌کند.

داستانی از دو قطب

اکثر تپ‌اخترها، پسرعموهای سریع‌تر ASKAP J1839-0756، مانند چراغ قوه‌های یک طرفه هستند. محوری که آنها حول آن می‌چرخند، به محور میدان مغناطیسی آنها نزدیک است، به این معنی که ما فقط فلاش‌ها را از یک قطب مغناطیسی می‌بینیم.

اما در حدود ۳٪ از تپ‌اخترها، محورهای چرخشی و مغناطیسی تقریباً با زاویه‌ی قائمه نسبت به یکدیگر قرار دارند، که به ما امکان می‌دهد پالس‌ها را از هر دو قطب ببینیم. این فلاش‌های دوتایی نادر که پالس‌های بینابینی نامیده می‌شوند، دریچه‌ای منحصر به فرد به هندسه‌ی ستاره و میدان مغناطیسی آن ارائه می‌دهند.

اینکه محورهای مغناطیسی و چرخشی یک تپ‌اختر با کند شدن آن بیشتر یا کمتر هم‌تراز می‌شوند، هنوز یک سوال باز است.

پالس بینابینی از ASKAP J1839-0756 می‌تواند سرنخ‌هایی در مورد این سوال ارائه دهد. حدود ۳.۲ ساعت پس از پالس اصلی خود، یک پالس ضعیف‌تر با ویژگی‌های متفاوت ساطع می‌کند که قویاً نشان می‌دهد ما نور رادیویی را از قطب مغناطیسی مخالف می‌بینیم.

این کشف، ASKAP J1839-0756 را به اولین شیء کند در کلاس خود تبدیل می‌کند که پالس‌های بینابینی ساطع می‌کند و سوالات بزرگی را در مورد چگونگی عملکرد چنین اشیایی مطرح می‌کند.

مگنتار یا چیز جدید؟

بنابراین، چه چیزی به این ناهنجاری کیهانی نیرو می‌دهد؟ یک احتمال این است که آن یک مگنتار باشد – یک ستاره‌ی نوترونی با میدان مغناطیسی قدرتمند که قوی‌ترین آهنرباهای زمین را مانند پر کاه نشان می‌دهد.

مگنتارها پالس‌های رادیویی را از طریق مکانیسم متفاوتی تولید می‌کنند که ممکن است به آنها اجازه دهد حتی در سرعت‌های چرخشی کندتر نیز به درخشش خود ادامه دهند. اما حتی مگنتارها نیز محدودیت‌هایی دارند و دوره‌های آنها معمولاً بر حسب ثانیه اندازه‌گیری می‌شوند، نه ساعت.

تنها استثنا یک مگنتار به نام 1E 161348-5055 است که دوره‌ای ۶.۶۷ ساعته دارد. با این حال، فقط اشعه‌ی ایکس ساطع می‌کند و هیچ پالس رادیویی ندارد.

آیا ASKAP J1839-0756 می‌تواند چیز دیگری باشد؟ برخی از ستاره‌شناسان تعجب می‌کنند که آیا اشیاء مشابه ممکن است کوتوله‌های سفید باشند – هسته‌های باقی مانده از ستارگان کم جرم‌تر.

کوتوله‌های سفید بسیار کندتر از ستارگان نوترونی می‌چرخند، اما هیچ کوتوله‌ی سفید منفرد و جداگانه‌ای مشاهده نشده است که پالس‌های رادیویی ساطع کند. و تاکنون، هیچ مشاهده‌ای در طول موج‌های دیگر، شواهدی از یک کوتوله‌ی سفید در این مکان در آسمان پیدا نکرده است.

یک معمای کیهانی

ASKAP J1839-0756 هر چه که باشد، واضح است که این شیء در حال بازنویسی کتاب قوانین است. ترکیب عجیب آن از چرخش کند، پالس‌های رادیویی و پالس‌های بینابینی، ستاره‌شناسان را مجبور می‌کند تا در مورد محدودیت‌های رفتار ستاره‌ی نوترونی تجدید نظر کنند و احتمالات جدیدی را برای آنچه در قلب این معما نهفته است، بررسی کنند.

کشف ASKAP J1839-0756 یادآوری است که جهان عاشق غافلگیری ماست، به خصوص وقتی فکر می‌کنیم همه چیز را فهمیده‌ایم. همانطور که به نظارت بر این شیء مرموز ادامه می‌دهیم، مطمئناً اسرار بیشتری را کشف خواهیم کرد.