כאוס קוסמי והרמזים בפרצי רדיו מהירים

מחקר על פרצי רדיו מהירים (FRBs) מדגיש את תפוקת האנרגיה הקיצונית ואת האופי החידתי שלהם. מחקרים אחרונים המשתמשים בשיטות חדשניות לניתוח FRBs מציעים שהם נגרמים על ידי מנגנוני פליטה מרובים, מה שמוסיף מורכבות להבנת המקורות שלהם.

פרצי רדיו מהירים (FRBs) מייצגים את פיצוצי הרדיו האינטנסיביים ביותר ביקום, ומשחררים מספיק אנרגיה, תוך אלפית השנייה בלבד, כדי להניע את החברה האנושית העולמית למשך טריליון שנים. מאז התגלית הראשונה בשנת 2007, FRBs זכו לתשומת לב משמעותית, שהגיעה לשיאה בפרס Shaw 2023 באסטרונומיה. עם מקור לא ידוע עדיין, התפרצויות קוסמיות קיצוניות אלו הן בין התופעות האניגמטיות ביותר באסטרונומיה וגם בפיזיקה.

סיבתיות מכתיבה שמקורות FRB צריכים להיות קטנים מ-c·dt בגודלם, כאשר c היא מהירות האור ו-dt היא משך האירועים. עבור פרץ טיפוסי של אלפית שנייה, זה מרמז על אזור קטן מ-300 קילומטרים, מה שמרמז על עצמים קומפקטיים כמו כוכבי נויטרונים או חורים שחורים שיהיו המנועים של ה-FRBs. ספין מהיר נצפה ברוב העצמים הקומפקטיים, מה שמוביל לציפייה למחזוריות בחזרות על פרצי FRBs. עם זאת, חיפושים נרחבים אחר מחזוריות מסולמות אלפיות שנייה עד שניות נכשלו כולם, מה שגרם להערכה מחדש של מנגנוני פליטת FRB.

הפאנל העליון והאמצעי מציגים סדרות אירועים במרחב זמן-אנרגיה של מקורות אלו. הצבע משתנה מכחול לאדום, מה שמרמז על סטוכסטיות מוגברת. בפאנל התחתון, פרצי רדיו מהירים מתכנסים עם תנועה בראונית לעבר אזורים אקראיים ביותר, אך פחות כאוטיים במרחב שלב הסטוכסטיות-כאוס, אשר נבדל מרעידות אדמה והתלקחויות שמש, שניהם כאוטיים יותר אך פחות אקראיים מ-FRBs. קרדיט: ©Science China Press

צוות בראשות פרופסור די לי מהמצפה האסטרונומי הלאומי של האקדמיה הסינית למדעים הציג גישה חדשה לאפיון התנהגות ה-FRBs במרחב השלב הדו-משתני של זמן-אנרגיה. לכמת את האקראיות והכאוס באמצעות "מדד פינקוס" ו-"מעריך ליאפונוב", בהתאמה, הם מצליחים למקם FRBs בהקשר של אירועים פיזיים נפוצים אחרים כמו פולסרים, רעידות אדמה והתלקחויות שמש, באופן שיטתי.

גם אקראיות וגם כאוס גורמים לחוסר חיזוי, אבל הם נבדלים. חוסר הניבוי של רצף אקראי נשאר קבוע לאורך זמן, ומציג קוביות מגלגלות – התוצאה של כל זריקה אינה קשורה לקודמתה. במערכות כאוטיות, חוסר הניבוי גדל באופן אקספוננציאלי עם הזמן. לדוגמה, כל אחד יכול לחזות את מזג האוויר בשניות הקרובות על ידי הסתכלות מעלה ומסביב, בעוד שעדיין מאתגר לאנושות לחזות את מזג האוויר לטווח הארוך במדויק.

הצוות מצא ש-FRB מסתובבים במרחב שלב האנרגיה-זמן, עם רמה נמוכה יותר של כאוס אך רמה גבוהה יותר של אקראיות מאלו של רעידות אדמה והתלקחויות שמש. האקראיות המובהקת של פליטות FRB מעידה על שילוב של מנגנוני פליטה מרובים או מיקומים. מחקר זה מקים מסגרת חדשה של כימות FRBs ומקרב אותנו לחשוף סוף סוף את מקורם של הפיצוצים הקוסמיים האלימים הללו: מי מגלגל את הקוביות הקוסמיות?