پالسهای رادیویی مرموز: کشف ماده گمشده کیهان با امواج پرسرعت رادیویی (FRB)
آیا به دنبال کشف یکی از بزرگترین معماهای کیهان هستید؟ آیا میخواهید بدانید ماده گمشدهای که بین کهکشانها پنهان شده، چگونه کشف شده است؟ این مقاله به بررسی یک کشف مهم در علم نجوم میپردازد که به کمک پالسهای رادیویی سریع (FRB) پرده از راز ماده معمولی گمشده در کیهان برداشته است. این ماده، که ستارگان، سیارات و هر آنچه میشناسیم را تشکیل میدهد، سالها از دید دانشمندان پنهان بود.
منجمان با استفاده از روشی نوین و به کمک امواج پرسرعت رادیویی (FRB)، موفق به کشف قابل توجهی شدهاند که یکی از بزرگترین رازهای جهان هستی را آشکار میکند: ماده معمولی گریزان که در فضای بین کهکشانها قرار دارد. دانشمندان دههها در تلاش بودهاند تا میزان دقیق ماده معمولی را که سازنده ستارگان، سیارات و هر آنچه میشناسیم، تعیین کنند. این ماده با ماده تاریک که نامرئی است و تنها از طریق اثرات گرانشیاش قابل شناسایی است، تفاوت اساسی دارد.
تحقیقات اخیر که جزئیات آن در نشریه Nature Astronomy منتشر شده، از روش جدیدی با استفاده از پالسهای رادیویی سریع (FRB) برای مکانیابی و اندازهگیری این ماده معمولی “گمشده” استفاده کرده و بینشهای تازهای را در مورد ترکیب جهان ما ارائه میدهد. با تجزیه و تحلیل دقیق سیگنالهای ساطع شده از این امواج رادیویی قدرتمند، ستارهشناسان ساختارهای کیهانی دیده نشدهای را کشف کردهاند که به ما در درک چگونگی رشد و تکامل کهکشانها کمک میکند.
پالسهای رادیویی سریع (FRB): فانوسهای کیهانی برای آشکارسازی ماده پنهان
پالسهای رادیویی سریع (FRB) امواج رادیویی بسیار قوی و پرانرژی هستند که از اعماق فضا سرچشمه میگیرند. این پالسها نه تنها به دلیل انرژی فوقالعادهشان جذاب هستند، بلکه به عنوان ابزاری ارزشمند برای مطالعه اجزای پنهان جهان نیز به کار میروند. محققان با بررسی چگونگی پخش شدن نور این پالسها در حین عبور از فضا، میتوانند مقدار ماده موجود در مسیر سیگنال را تخمین بزنند. زمانی که FRBها از میان محیط بین کهکشانی عبور میکنند (مهی از گاز و غبار بین کهکشانها)، راهی بیسابقه برای اندازهگیری تراکم و توزیع ماده معمولی ارائه میدهند.
لیام کانر، استادیار دانشگاه هاروارد و نویسنده اصلی این مطالعه، میگوید: «FRBها از میان مه محیط بین کهکشانی میدرخشند و با اندازهگیری دقیق میزان کاهش سرعت نور، میتوانیم وزن آن مه را اندازه بگیریم، حتی زمانی که بسیار کمنورتر از آن است که دیده شود.»
کشفی دگرگونکننده: ۷۶ درصد ماده معمولی در فضای بین کهکشانها قرار دارد
مهمترین دستاورد این تحقیق، کشف این موضوع است که حدود ۷۶ درصد از کل ماده معمولی موجود در جهان، در فضای وسیع بین کهکشانها، که به عنوان محیط بین کهکشانی شناخته میشود، قرار دارد. این یافته، درک ما از محل قرارگیری ماده معمولی را تغییر میدهد. پیش از این، دانشمندان تنها در مورد توزیع این ماده حدس و گمان میزدند و تصور میکردند بیشتر آن در هالههای کهکشانها یا در گاز سرد درون خود کهکشانها پراکنده شده است. با این حال، با استفاده از FRBها، این نظریه اکنون تأیید شده است.
این مطالعه نشان میدهد که تنها ۱۵ درصد از ماده معمولی در هالههای کهکشانی یافت میشود و مابقی آن در ستارگان یا گاز سرد کهکشانی متمرکز شده است. این دستاورد، یک نقطه عطف در کیهانشناسی است و شواهد محکمی ارائه میدهد که مدلهای ساختار کیهانی را که بر اساس شبیهسازیها ساخته شده بودند اما فاقد تأیید رصدی بودند، اعتبار میبخشد.
نقش FRBها در نقشهبرداری از جهان هستی
پالسهای رادیویی سریع (FRB) به ابزاری ضروری در نقشهبرداری از ساختار جهان، به ویژه توزیع ماده معمولی، تبدیل شدهاند. در این مطالعه، ۶۹ پالس رادیویی سریع (FRB) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند که هر کدام از فاصلههایی بین ۱۱.۷۴ میلیون تا بیش از ۹.۱ میلیارد سال نوری سرچشمه میگرفتند. این گستره متنوع، به دانشمندان اجازه داد تا پالسهای نزدیک و بسیار دور را مطالعه کنند. دورترین FRB، که با نام FRB 20230521B شناخته میشود، عنوان دورترین FRB ثبت شده را به خود اختصاص داده است. مطالعه چنین سیگنالهای دوری بسیار ارزشمند است، زیرا به محققان اجازه میدهد تا ماده را در مناطقی از فضا مشاهده کنند که در غیر این صورت، با تلسکوپهای سنتی قابل تشخیص نیستند.
این تیم از چندین رصدخانه، از جمله Deep Synoptic Array-110 (DSA-110)، شبکهای از ۱۱۰ تلسکوپ رادیویی، برای تعیین دقیق این پالسها استفاده کرد. دادههای اضافی نیز با استفاده از رصدخانه W.M. Keck در هاوایی و رصدخانه Palomar در کالیفرنیا جمعآوری شد.
دیدن جهان از طریق سایههای رادیویی
تشبیه دیدن یک سایه به جای خود جسم، به ویژه هنگام توضیح اینکه چگونه FRBها وجود ماده معمولی را آشکار میکنند، بسیار مناسب است. هنگامی که امواج رادیویی ناشی از FRBها در فضا حرکت میکنند، با اشکال مختلف ماده برخورد میکنند و باعث میشوند سیگنالها در طول موجهای مختلف پراکنده یا کشیده شوند. هرچه ماده بیشتری در مسیر نور وجود داشته باشد، نور بیشتر پخش میشود. این فرآیند به ستارهشناسان اجازه میدهد تا مقدار ماده موجود را استنباط کنند، حتی اگر نامرئی باشد.
ویکرام راوی، استادیار نجوم در Caltech، میگوید: «مثل این است که ما سایه تمام باریونها را میبینیم، با FRBها به عنوان نور پسزمینه.» محققان با مطالعه این “سایهها”، میتوانند اندازه و توزیع ماده پنهان در جهان را تخمین بزنند.
