גילוי ראשון:
התפרצות גלי רדיו בגלקסיה שלנו

התפרצות גלי רדיו מהירה היא פליטה של גלי רדיו במשך כמה אלפיות שניה, שאפשר לגלות בטלסקופי רדיו גדולים. רוב ההתפרצויות שנראו עד כה הגיעו ככל הנראה מחוץ לגלקסיה שלנו, ולא היה אפשר לזהות את מקורן המדויק. כעת, כמה צוותי חוקרים מדווחים בארבעה מאמרים המתפרסמים יחד, על גילוי ראשון של התפרצות דומה מכוכב נייטרונים מוכר בגלקסיה שלנו, שביל החלב. התגלית עוזרת להבין את מקור התופעה המסתורית הזאת, שמעסיקה אסטרופיזיקאים בשנים האחרונות, ומרמזת שאולי חלק גדול מהתפרצויות גלי הרדיו בגלקסיות רחוקות מגיעות מכוכבים כאלה.

הזיהוי הראשון של התופעה הנדירה, בגלקסיות רחוקות מאוד. טלסקופ הרדיו פארקס, אוסטרליה | צילום: DR SETH SHOSTAK / SCIENCE PHOTO LIBRARY

תופעה קשה לזיהוי

התפרצויות רדיו מהירות (Fast Radio Bursts) או בקיצור FRB, היא תופעה אסטרונומית שהתגלתה רק בשנים האחרונות. ב-2007 אסטרונומים ניתחו נתונים מהשנים הקודמות שנאספו בטלסקופ הרדיו פארקס (Parkes) באוסטרליה. הם חיפשו גלי רדיו המגיעים מפולסארים, כוכבי נייטרונים בגלקסיה שלנו שמסתובבים ופולטים קרינת רדיו בזמנים קבועים. כוכבי נייטרונים הם כוכבים בעלי מסה גדולה ממסת השמש שלנו, שמרוכזת בתוך כדור בקוטר של כמה עשרות קילומטרים בלבד. הצפיפות האדירה בתוך כוכב נייטרונים דומה לצפיפות של גרעין אטום. כוחות המשיכה של מסה גדולה וצפופה כל כך גורמים לאלקטרונים להתאחד עם הפרוטונים של הכוכב, כך שנשארים כמעט רק נייטרונים. כוכבים כאלה נוצרים, למשל, לאחר התפוצצות סופרנובה. כוכבי נייטורנים יכולים לפלוט גלי רדיו מהקטבים המגנטיים שלהם, ואם הם מסתובבים, הם יכולים להקרין לכיוון כדור הארץ בכל פעם שהם משלימים סיבוב. במקרה זה כוכב הנייטרונים נקרא פולסאר, כוכב פועם, ואפשר לקלוט את פליטת הרדיו שלו במחזוריות קבועה.

המקור לקרינת רדיו בעלת מחזוריות קבועה: כוכב נייטרונים פועם, או פולסאר | איור: MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRARY

בשונה מקרינת הרדיו מפולסארים, התפרצויות הרדיו המהירות חזקות הרבה יותר, ואינן מחזוריות ברוב המקרים. עמוק בתוך שלל הנתונים של פארקס, משנת 2001, שש שנים קודם לכן, החוקרים זיהו לראשונה התפרצות גלי רדיו מהירה מאד, שנמשכה כמה אלפיות השנייה. ההתפרצות לא הייתה מחזורית בזמן כמו גלי רדיו מפולסאר, ועל פי הפיזור של גלי הרדיו בתדרים שונים נראה היה שמקור הקרינה מחוץ לגלקסיה שלנו.

הקהילה המדעית לא הייתה משוכנעת תחילה שהתפרצויות מסוג זה הן תופעה אמיתית. במקרה מסוים, התגלו התפרצויות דומות שכלל לא הגיעו מהחלל: הן הופיעו בעיקר בשעות הצהריים, ולא בזמני אקראיים ביום כפי שניתן לצפות מתופעה אסטרופיזיקלית. לבסוף התגלה שגלי הרדיו הגיעו מתנורי מיקרוגל בקרבת הטלסקופ, ולא מהחלל. הדבר הטיל צל כבד על כל הנושא של התפרצויות רדיו מהירות.

הצליח לגלות יותר מ-1,000 התפרצויות רדיו מהירות. טלסקופ הרדיו CHIME במערב קנדה | צילום: Andre Renard / CHIME Collaboration

מקורות עלומים

ואף על פי כן, מדענים המשיכו לחפש עוד התפרצויות שלא מגיעות מכדור הארץ. ב-2013 התפרסם מאמר גילוי של ארבע התרפצויות נוספות. עדיין לא היה ידוע מה מקור ההתפרצויות, מכיוון שטלסקופי רדיו כמו פארקס אינם יכולים לאתר את מקור הגלים בשמיים בדיוק רב. הפיזור של אורכי הגל העיד שגלי הרדיו הגיעו ממרחק של מיליארדי שנות אור, מגלקסיות רחוקות, אבל הקרינה שהגיעה לכדור הארץ הייתה חלשה מאוד. עדיין לא היה ברור אם מדובר בהתפרצות אנרגיה חזקה מאוד ורחוקה מאד, או בפליטת גלי רדיו צנועה בגלקסיה שלנו.

ככל שמצאו יותר דוגמאות, הצליחו המדענים לוודא שמדובר בתופעה אמיתית. לבסוף, כאשר הגלתה התפרצות אחת שחוזרת באותו אזור בשמיים, הצליחו המדענים לאתר את המיקום המדויק שלה. מכיוון שההתפרצות חזרה על עצמה, אפשר היה לכוון אליה טלסקופי רדיו מדויקים יותר, שהראו באופן ברור כי מדובר בהתפרצות שנובעת מגלקסיה רחוקה. מאז התגלו עוד כעשרים התפרצויות חוזרות, דבר שהראה באופן משכנע שהתפרצויות רדיו מהירות מגיעות מגלקסיות אחרות. לא ידוע אם כל ההתפרצויות יכולות לחזור על עצמן מאותו מקור, או שחלק מהמקורות מייצרים התפרצות אחת בלבד. יכול להיות שההתפרצויות הבודדות פשוט עדיין לא הספיקו לחזור על עצמן בתקופה הקצרה יחסית שאסטרונומים עוקבים אחריהן.

התפרצויות רדיו מהירות הן נפוצות מאד ביקום, עד כדי כך שכמה אלפי התפרצויות כאלה קורות בכל יום ביקום הנראה. למרות זאת, התפרצויות בעוצמה כזאת הן עדיין דבר נדיר יחסית בגלקסיה יחידה. כמובן, התפרצות חזקה כל כך בגלקסיה שלנו תיראה לנו בהירה מאוד יחסית להתפרצויות שנראו עד כה ממרחק רב. מכיוון שלפחות בחלק מהמקרים אותו מקור מייצר כמה התפרצויות, אפשר להסיק שלא מדובר בתופעה שמשמידה את המקור שלה, כמו התפרצויות גמא וסופרנובות.

זיהוי של גלי רדיו חלשים מאותו מקור קרינה. טלסקופ הרדיו FAST בסין | צילום ועיבוד תמונה: Bojun Wang, Jinchen Jiang, Qisheng Cui

מיקום מדויק

בחודש אפריל השנה התגלתה התפרצות רדיו מהירה בהירה מאוד, שהגיעה מאותו האזור בשמיים ובאותו זמן עם קרני גמא שנפלטו מכוכב נייטרונים ידוע. כוכב זה, SGR1935+2154, הוא כוכב נייטרונים בעל שדה מגנטי חזק מאוד. כוכבים אלו נקראים מגנטארים, ומידי פעם הם פולטים התפרצויות קרני רנטגן וקרני גמא. מכיוון שמדובר בכוכבים בגלקסיה שלנו, אפשר לאתר את המיקום שלהם, ובמקרים מסוימים אפילו רואים שהם נמצאים במרכז של ענני גז שנותרו לאחר פיצוץ סופרנובה. מכאן המדענים יכולים לומר בביטחון מסוים שמדובר בכוכב נייטרונים שפולט את הקרינה.

ההתפרצות זוהתה בטסלקופ הרדיו CHIME שבמזרח קנדה, שצופה בגלי רדיו שמגיעים מפס ארוך וצר של השמיים. CHIME סורק את השמים בזמן שכדור הארץ מסתובב על צירו, והצליח לגלות יותר מ-1,000 התפרצויות רדיו מהירות עד כה. באותו הזמן זיהו חוקרים את ההתפרצות גם בטסלקופ STARE2 שמורכב משלוש אנטנות במרחק מאות קילומטרים זו מזו בדרום מערב ארצות הברית. הטלסקופ הזה צופה בחלק גדול מהשמים בכל רגע, ורגיש במיוחד להתפרצויות רדיו מהירות שמגיעות מהגלקסיה שלנו. בנוסף, באותו זמן ששני טלסקופי הרדיו מדדו את ההתפרצות, לווינים מעל כדור הארץ איתרו פליטה של קרני גמא. לבסוף, טלסקופ הרדיו FAST שבסין הצליחו לגלות גלי רדיו חלשים יותר מאותו הכיוון של גלי הרדיו וקרני הגמא, והחוקרים הראו שמקור הקרינה בכל המקרים האלו היה SGR1935+2154, שהיה ידוע בתור כוכב שפולט קרני גמא מעת לעת (לכן הוא נקרא SGR, קיצור של Soft Gamma-ray Repeater).

ההתפרצות שזוהתה באפריל הראתה שיש קשר ברור בין התפרצויות רדיו מהירות לבין פליטה של קרני גמא מהמגנטאר. SGR1935+2154 נמצא בגלקסיה שלנו, במרחק עשרות אלפי שנות אור מאיתנו, כך שהאנרגיה של הפיצוץ עצמו ככל הנראה הייתה נמוכה בהרבה יחסית להתפרצויות שאנחנו מזהים מגלקסיות הרחוקות מיליארדי שנות אור מאיתנו. ככל הנראה הפיצוץ היה חלש פי שלושים מהפיצוצים החלשים ביותר שנראו אי פעם מגלקסיות אחרות, גם הקרובות אלינו יחסית. נראה שההסבר הפשוט ביותר הוא שמדובר באותו סוג של התפרצות, אלא שאת ההתפרצויות החלשות והנפוצות ביותר אפשר לראות רק בגלקסיה שלנו, ואילו מהגלקסיות הרחוקות אנו יכולים לקלוט רק את ההתפרצויות הנדירות והחזקות יותר. 

זיהוי מקור ההתפרצות יסייע להבין את התופעה. טלסקופ הרדיו FAST בסין על רקע שביל החלב | צילום ועיבוד תמונה: Bojun Wang, Jinchen Jiang, Qisheng Cui

מכיוון שכעת המקור של התפרצות הרדיו הזאת ידוע, אפשר לנסות להבין איך נפלטת כל כך הרבה אנרגיית רדיו בזמן קצר כל כך. ככל הנראה מדובר בחומר שמואץ בתוך שדות מגנטיים חזקים. אחת האופציות היא שחלקיקים טעונים נעים לאורך קווי השדה המגנטי ופולטים קרינת רדיו בכיוון הקטבים המגנטיים של הכוכב. דבר זה יכול להסביר את העובדה שברוב המקרים שבהם המגנטאר פולט קרני גמא, הוא אינו פולט גם התפרצות רדיו מהירה. עם זאת, זה רק הסבר אפשרי אחד, ויש עוד מודלים רבים שמנסים להסביר את התופעה.

ככל שימשיכו לעקוב אחרי התפרצויות רדיו כאלה יגלו החוקרים עוד מקורות כאלה, הפולטים יחד סוגים שונים של קרינה. זה יאפשר למדענים להבין טוב יותר את התכונות של הגופים שפולטים את הקרינה. ייתכן שבשנים הקרובות נגלה התפרצויות רדיו מהירות מגלקסיות שכנות, כך שיהיה אפשר להראות רצף של התפרצויות מאותה קטגוריה, במרחקים ובעוצמות שונות. התפרצויות אלו, אם אפשר לשייך אותן בוודאות למגנטארים, עוזרות לפענח את טבעם של כוכבים אלו, ולהבין איך השדות המגנטיים שלהם קשורים להרכב הייחודי של כוכבי נייטרונים.