האותות שנמשכים אלפית שנייה מקצה היקום
ביולי 2001 סרק טלסקופ הרדיו פארקס שבניו סאות' ויילס, אוסטרליה, אזור שמיים סמוך לענן מגלן הקטן, הקליט כמה דקות של נתונים שנראו שגרתיים לגמרי, ותייק אותם. שש שנים חלפו עד שמישהו הבין מה מונח בתיק. ב-2007 העביר האסטרונום דאנקן לורימר מאוניברסיטת מערב וירג'יניה אוסף הקלטות ארכיון של פארקס לסטודנט בשם דיוויד נרקביץ', וביקש ממנו לסרוק אותן ולחפש פעימות. עמוק בין המספרים הסתתר קוץ בודד: התפרצות של אנרגיית רדיו שנמשכה פחות מחמש אלפיות השנייה, בהירה כל כך שלרגע אחד האפילה על כמעט כל דבר אחר בשמיים, ואחריה שום דבר. זה קרה פעם אחת, ב-24 ביולי 2001, ולא חזר.
הקוץ הזה מכונה היום התפרצות לורימר, והוא התפרצות הרדיו המהירה הראשונה שזוהתה מעולם. יוצא הדופן בו לא היה רק עוצמת האור, אלא טביעת אצבע שהוסתרה בצורתו. גלי רדיו בתדרים שונים אינם חוצים את היקום באותה מהירות בדיוק. כשפעימה חדה עוברת בפלזמה הדלילה הממלאת את החלל הבין-כוכבי והבין-גלקטי, התדרים הגבוהים שלה מגיעים מעט לפני הנמוכים, והפעימה נמרחת לסחיפה מהירה כלפי מטה. גודל המריחה נקרא מדד הפיזור, והוא פועל כמו מד מרחק: ככל שהאות חצה יותר חלל, כך עבר דרך יותר אלקטרונים חופשיים, וכך נמשכים תדריו רחוק יותר זה מזה. מדד הפיזור של התפרצות לורימר היה גדול פי עשרה בקירוב מכל מה שגלקסיית שביל החלב שלנו יכולה להסביר לאורך אותו קו ראייה. במשמעותו הפשוטה, המספר אמר שההתפרצות באה מרחוק מאוד מחוץ לשביל החלב, ממקור שנמצא אולי מיליארדי שנות אור מכאן, ושחרר בכמה אלפיות שנייה כמות אנרגיה שהשמש פולטת בימים שלמים.
במשך כמה שנים כמעט אף אחד לא האמין לזה. הבזק בודד שאינו חוזר, שנמצא בנתונים ישנים, הוא בדיוק סוג האות שמתגלה בסופו של דבר כתקלת תוכנה, כלוויין חולף או כפגם במקלט. הספק התחזק כשפארקס החל להעלות התפרצויות קצרות נוספות שנראו דומות למראית עין אך התנהגו שלא כשורה. האסטרונומים כינו אותן פריטונים, על שם יצור מכונף מן המיתולוגיה. הפריטונים הופיעו בכמה מאלומות הטלסקופ בעת ובעונה אחת, דבר שמקור נקודתי רחוק באמת אינו יכול לעשות, והם התקבצו סביב שעות הצהריים וסביב סופי השבוע. היה ברור שהם מקומיים ומעשה ידי אדם, וקיומם הרעיל את הבאר: אם הטלסקופ מסוגל לייצר התפרצויות מזויפות ומשכנעות, אין סיבה מובנת מאליה להאמין גם להתפרצות לורימר.
הפריטונים נלכדו ב-2015. צוות בהובלת אמילי פטרוף התקין באתר פארקס ציוד ניטור רדיו חדש והמתין שההפרעה תחזור. כשהופיעו פריטונים טריים, הם הגיעו עם אות נלווה בתדר 2.4 גיגהרץ, תדר מוכר לכל מי שעמד פעם במטבח. המקור היה תנורי המיקרוגל של המצפה עצמו. עובדים שלא הצליחו להמתין לארוחת הצהריים פתחו את הדלת לפני שהטיימר סיים, ותנור שנקטע באמצע מחזור משחרר צפצוף קצר של קרינה מן המגנטרון שלו בעת הכיבוי. הצפצוף הזה, שנקלט באחד מטלסקופי הרדיו הרגישים בעולם, התחזה לאות מן החלל העמוק. הפרשה נשמעת כמו בדיחה, אבל היא הייתה מכרעת. ברגע שהפריטונים זוהו והופרדו, יכלו האסטרונומים להראות שההתפרצויות שנותרו אינן מתנהגות כמו מכשירי מטבח כלל. התפרצות לורימר עמדה בביקורת, והתחום היה אמיתי.
ההתפרצויות הפכו לבעיה מרכזית באסטרופיזיקה כשהתברר שחלקן חוזרות. ב-2012 תיעד טלסקופ ארסיבו בפוארטו ריקו התפרצות שקוטלגה כ-FRB 121102. ב-2015 תפסו הצופים אותה מבליחה שוב בדיוק מאותה נקודה בשמיים, ואז שוב, ושוב, לפעמים כמה פעמים בתוך שעה. העובדה הזאת לבדה צמצמה את השדה מאוד. הבזק חד-פעמי יכול להיות אסון, כוכב שנקרע לגזרים או שני גופים צפופים שהתנגשו, אירוע שקורה פעם אחת ונגמר. מקור שמתפרץ שוב ושוב אינו יכול להיות חורבן חד-פעמי. יהיה FRB 121102 אשר יהיה, הוא שורד את הפיצוצים של עצמו וחוזר עליהם.
מכיוון שחזר, אפשר היה לכוון אליו טלסקופים די זמן כדי לקבוע את מקומו, וב-2017 הובילו העקבות אל כתובת. FRB 121102 שוכן בגלקסיית ננס קטנה, עמומה ובלתי סדירה במרחק כשלושה מיליארד שנות אור, ובתוכה בקשר בהיר של יצירת כוכבים פעילה. בדיוק מעל מקור ההתפרצות מצאו האסטרונומים זוהר קבוע של קרינת רדיו, המהום קלוש אך מתמשך מאותה פיסת שמיים. זו הייתה הפעם הראשונה שהתפרצות רדיו מהירה מוקמה בגלקסיה מזוהה, והשכונה הייתה מלמדת. גלקסיות ננס עמוסות בכוכבים צעירים הן בדיוק המקומות שמייצרים את הגופים המגנטיים הקיצוניים ביותר ביקום.
הגופים הללו נקראים מגנטרים. מגנטר הוא כוכב נייטרונים, הליבה שקרסה ונותרה כשכוכב מסיבי מת, הדוחסת יותר ממסת השמש לתוך כדור בגודל של עיר. מה שמבדיל אותו מכוכב נייטרונים רגיל הוא השדה המגנטי שלו, שעשוי להיות חזק פי טריליונים מזה של כדור הארץ, אלים דיו כדי למחוק כרטיס אשראי ממחצית הדרך אל הירח. מגנטרים צעירים אינם יציבים. הם מתלקחים, מתעווים ומתפצחים כשהאנרגיה המגנטית משתחררת, והם מקורות מוכרים של קרני רנטגן וקרני גמא.
ב-28 באפריל 2020 נתפס אחד מהם על חם בתוך הגלקסיה שלנו. SGR 1935+2154 הוא מגנטר מקוטלג של שביל החלב, במרחק כשלושים אלף שנות אור. באותו יום הוא פלט התפרצות גלי רדיו עוצמתית כל כך ששני מכשירים שונים לחלוטין רשמו אותה בעת ובעונה אחת: טלסקופ CHIME בקולומביה הבריטית שבקנדה, ומערך צנוע של אנטנות קטנות בקליפורניה בשם STARE2. לאחר התאמה למרחק, להתפרצות היה הפרופיל של התפרצות רדיו מהירה אמיתית, הראשונה שאותרה אי פעם בתוך שביל החלב וקרובה דיה למחקר מפורט. יתרה מכך, היא הגיעה יחד עם הבזק קרני רנטגן מאותו מגנטר, שנקלט בידי מצפים במסלול סביב כדור הארץ. בפעם הראשונה נצפה גוף מזוהה מייצר אות דמוי התפרצות רדיו מהירה, עם מקבילה מתוארכת שהוכיחה באיזה גוף מדובר.
שתי תגליות נוספות שינו את התמונה. מקור חוזר אחד, FRB 180916, מנהל לוח זמנים. ההתפרצויות שלו מתקבצות בחלון שחוזר בערך כל שישה עשר יום: פעיל כמה ימים, שקט בשאר הזמן, ואז פעיל שוב. התגלית השנייה היא הכמות. CHIME סוקר רצועת שמיים עצומה כל לילה, והוא הפך את הזרזיף של ההתפרצויות הידועות למבול, וקטלג תחילה מאות ואחר כך אלפים. בהיטל על כל השמיים, המספרים מרמזים שמשהו יורה התפרצויות רדיו מהירות אלפי פעמים ביום. השמיים מבליחים בלי הפסקה, ורק כעת בנינו מכשירים שמסוגלים להבחין בכך.
ההתפרצויות גם הפכו שימושיות עוד לפני שהוסברו. מדד הפיזור, שנראה פעם כמטרד, הוא בפועל ספירה מצטברת של כל החומר הרגיל שהאות עבר דרכו, ובמשך שנים לא הצליחו הקוסמולוגים למצוא די מן החומר הזה ביקום הקרוב. התיאוריה חזתה כמות אטומים שהטלסקופים לא הצליחו לראות, חומר שהוסתר כגז דליל וקר המשוך בין הגלקסיות. בשילוב של מרחק ההתפרצויות שמוקמו עם מידת המריחה של האותות שלהן, שקלו האסטרונומים את הגז הבלתי נראה והשלימו את החשבון של החומר הרגיל החסר ביקום.
מסקנות ושאלות פתוחות
המסקנה החזקה שניתן להסיק היא שמגנטרים מסוגלים לייצר התפרצויות רדיו מהירות. הטיעון נשען על מיקומו של FRB 121102 בקשר של יצירת כוכבים בגלקסיית ננס, מן הסוג שבו נולדים מגנטרים צעירים, ובעיקר על הקליטה מאפריל 2020 מ-SGR 1935+2154, שבה מגנטר מקוטלג ייצר התפרצות רדיו דמוית FRB יחד עם הבזק רנטגן בו-זמני. רוב האסטרונומים העוסקים בתחום מתייחסים היום לגרסה כלשהי של מודל המגנטר, שהוצג בעוצמה לאחר המיקום ב-2017 וקיבל חיזוק ב-2020, כהסבר ברירת המחדל.
חולשתו של המודל היא סדר הגודל. ההתפרצות הגלקטית מ-SGR 1935+2154, דרמטית ככל שהייתה, הייתה עדיין קלושה פי אלפים מן ההתפרצויות המתפוצצות בגלקסיות במרחק מיליארדי שנות אור. אם מגנטרים רגילים מייצרים את החלשות, לא ברור מה מייצר את העצומות. גם לא הוכרע היכן בתוך המערכת נוצרים גלי הרדיו בפועל. אסכולה אחת טוענת שהקרינה נוצרת קרוב, בתוך המגנטוספרה של המגנטר; אחרת סבורה שהיא נוצרת רחוק בחוץ, במקום שבו זרימת חומר מתנגשת בסביבה. שני המודלים ניתנים לכיול שיתאים לנתונים, ואף אחד מהם לא אושר.
שאלה פתוחה שנייה היא אם התפרצויות רדיו מהירות הן תופעה אחת בכלל. חלק מן המקורות חוזרים. רובם, עד כה, הבליחו פעם אחת והשתתקו. תיאוריה אחת סבורה שאלה אותם גופים שנראים מזוויות שונות או נתפסים בשלבי חיים שונים; אחרת סבורה שאלה שתי אוכלוסיות נפרדות עם שתי סיבות נפרדות. מקורות חוזרים אכן נוטים לייצר פעימות רחבות יותר ובעלות צורה שונה מזו של התפרצויות חד-פעמיות, מה שמחזק את ההבחנה, אף שאפקטים של סינון עשויים להסביר חלק מכך. אפשר בהחלט שהמונח FRB יתגלה כמילה מסוג המילה פיצוץ: תווית לאירוע בהיר ואלים שיש לו כמה סיבות שאינן קשורות זו לזו.
למחזור בן שישה עשר היום של FRB 180916 אין הסבר מקובל. יש הטוענים שהמקור סובב כוכב בן זוג, שהרוח שלו מפנה מעת לעת מסלול שדרכו יכול האות להיחלץ. אחרים מציעים שהמגנטר נקדם באיטיות, מתנודד כמו סביבון גוסס ומעביר את אלומתו על פני כדור הארץ לפי לוח זמנים. למגנטר שמסתובב כל כמה שניות אין סיבה מובנת מאליה לנהל לוח שנה בן שישה עשר יום, ושתי ההצעות דורשות גיאומטריה שלא נצפתה במישרין.
השאלה שהקוראים תמיד מעלים ראויה לתשובה ישרה. האם התפרצויות הרדיו המהירות עשויות להיות מלאכותיות? מספר קטן של חוקרים פרסמו גרסאות של הרעיון, בעיקר מאמר מ-2017 של האסטרופיזיקאים מנאסבי לינגאם ואבי לואב, שהציע שההתפרצויות הן דליפה מאלומות ענק המשמשות לדחוף חלליות מפרש-אור בין הכוכבים. אין זו השערה אסורה, והיא מציעה תחזיות שניתן לבדוק. חולשתה מכרעת בפועל: ההתפרצויות מגיעות מכל רחבי השמיים ומגלקסיות רבות ושונות, הן מתאימות טוב יותר בכל שנה של נתונים לכוכבי נייטרונים טבעיים במצוקה קיצונית, והזעקת תבונה אינה מסבירה דבר שמגנטרים אינם מסבירים כבר, אך מכפילה את ההנחות הנדרשות.
מה שנותר בלתי מוסבר באמת הוא המנגנון עצמו. לאף אחד אין הסבר שלם לאופן שבו גוף כלשהו הופך אנרגיה מגנטית אגורה לפעימת רדיו קוהרנטית בעוצמה כזאת בתוך אלפית שנייה. השאלות הפתוחות הן אלה: כמה סוגים של התפרצויות רדיו מהירות קיימים, מה מייחד את המקורות המחזוריים מן השאר, והאם הפיזיקה שמאחורי ההתפרצויות הבהירות ביותר כבר מופיעה בספרי הלימוד או שטרם נכתבה. ההתפרצות הראשונה חיכתה שש שנים בארכיון לפני שמישהו הביט בה. כדאי לשאול כמה עוד ממתינות שם, בלתי נקראות, בנתונים ובשמיים.