גילוי התפרצויות רדיו מהירות חושף את החומר החסר ביקום

FRBs הם גלי רדיו בהירים ומסתוריים הנמשכים בדרך כלל רק כמה אלפיות השניה. מקורם עדיין לא ידוע. למרות רשימה ארוכה של תופעות פוטנציאליות שעשויות לגרום להן, FRBs קשים מאוד לזיהוי. לפני תגלית זו אותרו רק 16 התפרצויות כאלה – כולן בדיעבד, זו הפעם הראשונה שאירוע כזה נתפס בזמן אמת

צוות מחקר בין-לאומי הכולל מדענים ממכון מקס פלנק לאסטרונומית רדיו בבון שבגרמניה, השתמשו בשילוב של טלסקופי רדיו וטלסקופים אופטיים כדי לזהות את המיקום המדויק של התפרצות רדיו מהירה (FRB) בגלקסיה רחוקה, דבר המאפשר להם לנהל הערכה מחודשת של תכולת החומר ביקום.

המחקר שלהם שפורסם ביום חמישי, 25/2/16 בכתב העת נייצ’ר מאשש מודלים קוסמולוגיים תיאורטיים של פיזור החומר ביקום.

ב-18 באפריל 2015, זוהתה התפרצות רדיו מהירה, או FRB, על ידי טלסקופ הרדיו פארקס באוסטרליה שקוטרו 64 מטרים, השייך לארגון המדעי של חבר העמים הבריטי Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), במסגרת סקר פולסארים והתפרצויות רדיו מחוץ לגלקסיה שלנו. החוקרים שידרו התראה בין-לאומית ותוך מספר שעות הופעלו כמה טלסקופים ברחבי העולם כדי לחפש את האות, כולל מערך הטלסקופים הקומפקטי באוסטרליה (ATCA) של CSIRO  וטלסקופ הרדיו Effelsberg בגרמניה.

FRBs הם גלי רדיו בהירים ומסתוריים הנמשכים בדרך כלל רק כמה אלפיות השניה. מקורם עדיין לא ידוע. למרות רשימה ארוכה של תופעות פוטנציאליות שעשויות לגרום להן, FRBs קשים מאוד לזיהוי. לפני תגלית זו אותרו רק 16 התפרצויות כאלה.

“בעבר זוהו ה FRBs על ידי סינון נתונים חודשים או אפילו שנים מאוחר יותר. עד אז זה כבר היה מאוחר מדי לערוך תצפיות מעקב.” אומר אוון קין, מדען בארגון מערך קילומטר רבוע והמדען המוביל של המחקר. כדי לתקן זאת פיתחו חברי הצוות מערכת התבוננות משלהם כדי לזהות FRBs בתוך שניות, ולצאת מיד בהתרעה לטלסקופים אחרים, כאשר יש עדיין זמן לחפש עדויות נוספות בעקבות ההבזק הראשוני.

הודות לשש הצלחות בקוטר 22 מטרים של ATCA והרזולוציה המשולבת שלהן, הצליח הצוות לאתר את מיקום האות בדיוק גדול בהרבה ממה שהיה אפשרי בעבר. וכך הם הצליחו לזהות אותות רדיו שנמשכו כ-6 ימים לפני שנמוגו. גלים אלו איפשרו להם לאתר את מיקום ה-FRB פי 1000 מדויק יותר מאשר באירועים קודמים.

הפאזל עדיין לא הושלם והצוות השתמש בטלסקופ האופטי סוברו שקוטרו 8.2 מטרים של המצפה הלאומי של יפן הממוקם בהוואי כדי לזהות מהיכן הגיע האות. הם זיהו כי מקור האות בגלקסיה אליפטית במרחק של כ-6 מיליארד שנות אור מאיתנו. “זו הפעם הראשונה שהצלחנו לזהות גלקסיה שהתרחש בה FRB” ” מוסיף אוון קין. התצפית האופטית גם נתנה להם את מדידת ההיסט לאדום (המהירות שבה הגלקסיה מתרחקת מאתנו בשל ההתפשטות המואצת של היקום), וכך נקבע לראשונה מרחק של אירוע . FRB

אולם להבנת הפיזיקה של אירועים כאלה חשוב לדעת מאפיינים בסיסיים כמו המיקום המדויק, המרחק של המקור והאם ההתפרצות תחזור על עצמה. “הניתוח שלנו מוביל אותנו למסקנה כי התפרצות רדיו חדשה זו אינה מחזורית אלא נובעת מאירוע אסון באותה גלקסיה רחוקה”, קובע מיכאל קרמר ממכון מקס פלאנק לאסטרונומית רדיו שניתח את מבנה הרדיו של פרופיל האירוע. טלסקופ רדיו Effelsberg של מאקס פלנק שימש גם למעקב ותצפיות לאחר ההתראה.

FRBs מראים פיזור תלוי תדר, ולכן עיכוב אות הרדיו נגרם על ידי כמות החומר שדרכו עבר עד שהגיע אלינו. “עד עכשיו, מדד הפיזור הוא כל מה שהיה לנו. כעת, כשיש לנו גם מדידת מרחק אנחנו יכולים לאמוד את צפיפות החומר בין נקודת המוצא לבין כדור הארץ, ולהשוות זאת עם הדגם הנוכחי של חלוקת החומר ביקום” מסביר סיימון ג’ונסטון, ממחברי המחקר, ואסטרונום במחלקה לאסטרונומיה ומדעי חלל המדע שלCSIRO . “דבר זה מאפשר לנו “לשקול” את היקום, או לפחות את החומר הרגיל שהוא מכיל.”

במודל הנוכחי, המדענים מעריכים כי היקום מורכב מ-70% אנרגיה אפלה, 25% חומר אפל ו-5% חומר “רגיל” המרכיב את כל מה שאנו רואים. עם זאת, באמצעות תצפיות על כוכבים, גלקסיות וענני מימן, הצליחו האסטרונומים לאתר רק כמחצית מהחומר הרגיל. שאר החומר אינו ניתן לצפיה ישירה ולכן מכונה “חומר חסר”.

“החדשות הטובות הן שבזכות התצפיות שלנו ושינויים שהכנסנו במודל, מצאנו את החומר החסר” מסביר אוון קין. “זו הפעם הראשונה שבה השתמשו בהתפרצות רדיו מהירה כדי לבצע מדידה קוסמולוגית.”

“הדבר מראה את הפוטנציאל של ה-FRBs ככלים חדשים בקוסמולוגיה,” מסכם מיכאל קרמר אשר עבד גם על חישוב שקילת החומר החסר. “ניתן רק לדמיין מה היינו יכולים לדעת אם היינו מגלים מאה התפרצויות כאלה.”

במבט קדימה, מערך הק”מ הרבוע המתוכנן, עם הרגישות הקיצונית שלו ברזולוציה ושדה הראיה הרחב צפוי להיות מסוגל לזהות יותר FRBs ולאתר את הגלקסיות המארחות שלהן. מדגם הרבה יותר גדול יאפשר מדידות מדוייקות של מדדים קוסמולוגיים כגון פיזור החומר ביקום, ועשוי לספק הבנה טובה יותר של האנרגיה האפלה.

להודעה של החוקרים

למחקר

עוד בנושא באתר הידען:

• האם התגלתה שיטה לחישוב מרחקים ביקום בלי תלות בהסטה לאדום?
• הזהב על פני כדור הארץ נוצר כתוצאה מהתנגשות כוכבי ניוטרונים
  לראשונה פיזיקאים צפו בלידה של חור שחור