جهان اخترشناسی پس از پرتاب تلسکوپ «نانسی گریس رومن» دگرگون خواهد شد

در سال‌های آینده رقیب جدید تلسکوپ جیمز وب به فضا پرتاب خواهد شد تا دید محققان از جهان را تغییر دهد. تلسکوپ فضایی قدرتمند «نانسی گریس رومن» نسبت به تلسکوپ فضایی هابل یا جیمز وب به جهان نگاه بسیار گسترده‌تری خواهد داشت و به طور بالقوه به کشف اسرار مهم کیهانی کمک خواهد کرد.

در تحقیقات نجومی، اینکه بتوانیم با جزئیات بسیار عالی و در مقیاس بسیار گسترده فضا را رصد کنیم، اهمیت دارد. تلسکوپ‌هایی مانند هابل و جیمز وب دارای حساسیت استثنایی هستند، بنابراین می‌توانند به اجرام بسیار دور نگاه کنند، اما رومن متفاوت خواهد بود و هدف آن به دست آوردن دید وسیعی از آسمان است.

به نقل از اسپیس، این تلسکوپ که به افتخار «نانسی گریس رومن» (Nancy Grace Roman)، اولین ستاره‌شناس ارشد ناسا نامگذاری شده است در ابتدا «تلسکوپ نقشه‌برداری میدان باز فروسرخ» (WFIRST) نامیده می‌شد، اما چندی پیش «جیم برایدنستاین» (Jim Bridenstine) مدیر سابق ناسا در بیانیه‌ای گفت: به خاطر رهبری و دید «نانسی رومن» بود که ناسا توانست در حوزه اخترفیزیک پیشگام شود و تلسکوپ هابل را به عنوان قدرتمندترین و پربارترین تلسکوپ فضایی جهان به فضا ارسال کند. برای نامگذاری تلسکوپ «WFIRST» هیچ نامی بهتر از نام رومن به ذهنم نمی‌رسد.

نانسی گریس رومن، نخستین زنی بود که موفق شد به سمت مدیریت ناسا برسد. او در سال ۱۹۴۹، مدرک دکتری ستاره‌شناسی خود را از دانشگاه شیکاگو دریافت کرد و در سال ۱۹۶۰ میلادی به سمت ریاست ستاره‌شناسی در اداره علوم فضایی ناسا رسید و این سمت را به مدت ۲۰ سال حفظ کرد. رومن در سال ۱۹۷۹ سال‌ها پیش از زمانی که حتی پروژه ساخت «WFIRST» پیشنهاد شود، بازنشسته شد. او در برنامه‌های قابل توجهی از جمله ماموریت تلسکوپ فضایی «کاوشگر زمینه کیهان» یا «کوبی» (COBE) و «تلسکوپ فضایی هابل» (Hubble Space Telescope) شرکت داشت. این زن دانشمند در نهایت در سال ۲۰۱۸ میلادی در سن ۹۵ سالگی درگذشت.

تلسکوپ رومن برای انجام فعالیت‌هایی مانند انجام یک بررسی برای تخمین تعداد سیارات فراخورشیدی در کل کهکشان و بررسی توزیع کهکشان‌ها برای کمک به درک ماده تاریک استفاده خواهد شد. یکی از مزیت‌های بزرگ رومن برای انجام این موارد، علاوه بر نمای وسیع آن، سرعت تصویربرداری است. به گفته‌ی ناسا، رومن قادر خواهد بود تا ۱۰۰۰ برابر سریع‌تر از هابل از جهان نقشه‌برداری کند.

هدف اصلی این تلسکوپ، نقشه‌برداری بخش‌های گسترده‌ای از جهان به منظور مطالعه انرژی تاریک است

در کیهان‌شناسی، انرژی تاریک شکل ناشناخته‌ای از انرژی است که همه فضا گیتی را به صورت فرضی در بر می‌گیرد و سرعت انبساط جهان را می‌افزاید. این تلسکوپ که انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۷ پرتاب شود، میلیون‌ها کهکشان را بررسی خواهد کرد و نقشه‌ای از بخش‌هایی از کیهان ما خواهد ساخت. ستاره‌شناسان امیدوارند که بتوانند با بررسی توزیع کهکشان‌ها چگونگی تکامل انرژی تاریک را کشف کنند.

این تلسکوپ همچنین از ریزهمگرایی گرانشی برای کشف میلیون‌ها سیاره فراخورشیدی استفاده خواهد کرد. ریزهمگرایی گرانشی (Gravitational microlensing) پدیده‌ای نجومی بر اساس همگرایی گرانشی است که با آن می‌توان اجرام نجومی را، مستقل از نوری که از آن‌ها تابیده می‌شود، شناسایی کرد. این تلسکوپ نه تنها سیاره‌های فراخورشیدی دور و کوچک را کشف خواهد کرد، بلکه انواع گسترده‌ای از اجرام کیهانی مانند کوتوله‌های قهوه‌ای و سیاه‌چاله‌ها را نیز در بر می‌گیرد.

یک شبیه‌سازی جدید از میلیون‌ها کهکشان نشان داده است که تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن در آینده چقدر قدرتمند خواهد بود. ناسا می‌گوید که این تلسکوپ زمان کیهانی را به عقب برمی‌گرداند و به اخترشناسان اجازه می‌دهد فضا را به گونه‌ای ببینند که قبلاً هرگز نتواسته‌اند. این باید به دانشمندان کمک کند تا درک کنند که چگونه جهان از دریایی از ذرات متراکم به کیهانی که امروزه پر از ستاره‌ها و کهکشان‌ها می‌بینیم تکامل یافته است.

قدرت رومن برای متحول کردن نجوم در این واقعیت نهفته است که می‌تواند مناطق وسیعی از فضا را در یک تصویر واحد ثبت کند. به عنوان یک نمونه شگفت‌انگیز از این قدرت رصدی تقویت‌شده، شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که چگونه رومن تنها در ۶۳ روز می‌تواند تصویر بخشی از آسمان را که رصد آن برای تلسکوپ فضایی هابل ۸۵ سال طول می‌کشد، ثبت کند.

مزیت واقعی تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس زمانی احساس می‌شود که با تلسکوپ‌های فضایی همکار خود یعنی هابل و جیمزوب مقایسه شود.

آرون یونگ (Aaron Yung) از مرکز پرواز‌های فضایی گادرد ناسا که به تازگی سرپرستی یک مطالعه پیش‌بینی قابلیت‌های رومن را بر عهده گرفته است، می‌گوید: تلسکوپ‌های فضایی هابل و جیمز وب برای مطالعه اجرام نجومی در عمق و از نزدیک بهینه‌سازی شده‌اند، بنابراین استفاده از آن‌ها مانند نگاه کردن به کیهان از درون یک حفره است. برای حل اسرار کیهانی در بزرگ‌ترین مقیاس‌ها ما به یک تلسکوپ فضایی نیاز داریم که بتواند نمای بسیار گسترده‌تری ارائه دهد. این دقیقا همان کاری است که رومن برای انجام آن طراحی شده است.

تصویر زیر تفاوت‌های بین این تلسکوپ‌ها را نشان می‌دهد. اینکه تلسکوپ‌های رومن و هابل در یک حرکت ثابت چه مواردی را می‌توانند ثبت کنند. این شبیه‌سازی ایجاد شده توسط آرون یونگ و تیمش، تکه‌ای از آسمان را به اندازه دو درجه مربع، معادل ۱۰ برابر اندازه ظاهری ماه کامل در آسمان شب را نشان می‌دهد. در این بخش از فضای شبیه‌سازی شده، بیش از پنج میلیون کهکشان نشان داده شده است.

جفری کروک (Jeffrey Kruk)، اخترفیزیکدان محقق در گادرد می‌گوید: رومن هر سال حدود ۱۰۰ هزار عکس می‌گیرد. با توجه به میدان دید بزرگ‌تر رومن، برای تلسکوپ‌های قدرتمندی مانند هابل یا وب بیشتر از طول عمر ما طول می‌کشد تا کل آسمان را پوشش دهند.

مقایسه منطقه قابل پوشش توسط تلسکوپ‌های هابل و رومن

همین شبیه‌سازی می‌تواند ده‌ها میلیون کهکشان را در کمتر از یک روز مدل‌سازی کند، چیزی که با روش‌های مرسوم‌تر سال‌ها طول می‌کشد. هنگامی که رومن پرتاب شود و به حالت عملیاتی برسد، محققان می‌توانند مشاهدات آن را ثبت کرده و آن‌ها را با شبیه‌سازی‌های دیگر مقایسه کنند.

این کار به آن‌ها کمک می‌کند تا برخی از بزرگترین اسرار جهان را کشف کنند. این می‌تواند شامل بررسی ماهیت انرژی تاریک (نیرویی که باعث انبساط شتاب‌دهنده جهان می‌شود) و ماده تاریک (ماده‌ای که با وجود تشکیل حدود ۸۵ درصد از ماده در کیهان تقریباً کاملاً نامرئی است) باشد.

رومن چگونه ماده تاریک و انرژی تاریک را بررسی خواهد کرد؟

هم کهکشان‌ها و هم خوشه‌هایی که آن‌ها گاهی تشکیل می‌دهند به صورت توده‌هایی در سراسر جهان رشد می‌کنند که توسط رشته‌های نامرئی ماده تاریک به هم متصل می‌شوند. کهکشان‌ها در امتداد این رشته‌های ماده تاریک در نقاطی که در آن‌ها تلاقی می‌کنند قرار گرفته‌اند. بین این رشته‌ها حفره‌های کیهانی عظیمی وجود دارد.

این تابلویی از کیهان با ساختاری شبیه به شبکه ایجاد می‌کند که صد‌ها میلیون سال نوری امتداد دارد که تنها با یک نمای فوق العاده وسیع قابل مشاهده است.

چرخش زمان کیهانی، جهان اولیه را به عنوان یک دریای اولیه یکنواخت از پلاسما نشان می‌دهد که از ذرات باردار با تکه‌های بسیار متراکم تشکیل شده است که تحت گرانش خود فرو می‌ریزند تا اولین ستاره‌ها را در طول صد‌ها میلیون سال به دنیا بیاورند. این ستارگان اولیه که به سمت کشش گرانشی ماده تاریک کشیده می‌شوند، سپس در کهکشان‌هایی قرار می‌گیرند که تکامل می‌یابند تا توسط منظومه‌های سیاره‌ای مانند منظومه شمسی پر شوند.

از آنجایی که تأثیر گرانشی ماده تاریک به تعیین توزیع کهکشان‌ها کمک می‌کند، تماشای کمک آن به شکل‌گیری کهکشان‌های اولیه می‌تواند ماهیت این شکل اسرارآمیز ماده را در حالی که نقش خود را به عنوان «ستون فقرات نامرئی جهان» ایفا می‌کند، روشن کند. در مقیاس کوچک‌تر، این نگاه به گذشته می‌تواند به اخترشناسان اجازه دهد تا تأثیر ماده تاریک را در حالی که هاله‌های نامرئی را در اطراف کهکشان‌های اولیه تشکیل می‌دهد، ببینند، بنابراین چگونگی تکامل آن‌ها به صورت جداگانه آشکار خواهد شد.

«لوز آنجلا گارسیا» (Luz Ángela García) محقق مقطع فوق دکتری کیهان‌شناسی گفت: بیشتر قابلیت‌های تلسکوپ نانسی گریس رومی، آن را به ابزاری مناسب برای مطالعه ماهیت انرژی تاریک تبدیل می‌کند.

این تلسکوپ به دلیل پوشش وسیعی که از آسمان دارد، تعداد بی‌سابقه‌ای از کهکشان‌ها را در میدان دید خود و توزیع آن کهکشان‌ها در جهان ما ثبت خواهد کرد که این به ما امکان می‌دهد تا تأثیر انرژی تاریک را در مقیاس‌های بزرگ کیهانی و خوشه‌بندی و تکامل کهکشان‌ها را درک کنیم.

رومن همچنین به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا انبساط پرشتاب اخیر کیهان را به عقب برگردانند تا درباره انرژی تاریک (نیرویی که این انبساط را پیش می‌برد) اطلاعات بیشتری کسب کنند.

ناسا خاطرنشان می‌کند که نقشه‌برداری‌های فراگیر آسمانی رومن می‌تواند جهان را تا هزار برابر سریع‌تر از هابل ترسیم کند و تلسکوپ به سرعت از یک هدف رصدی به هدف بعدی حرکت کند.

آینه تلسکوپ نانسی گریس رومن به اندازه آینه هابل است، اما میدان دید بسیار وسیع‌تری دارد. این تلسکوپ به یک دوربین بسیار بزرگ مجهز است که می‌تواند به عنوان صد تلسکوپ هابل عمل کند. «اسکات گائودی» (Scott Gaudi)، استاد نجوم دانشگاه ایالتی اوهایو و یکی از سرپرست‌های این مأموریت گفت: دانشمندان امیدوار هستند که تلسکوپ در طول ماموریت اولیه پنج ساله خود بتواند حدود ۱۵۰۰ سیاره فراخورشیدی را پیدا کند. با وجود این، تعیین تعداد دقیق دشوار است، زیرا تشخیص دادن تعداد سیاره‌هایی که به دور ستاره‌های دیگر می‌چرخند، دقیقا همان چیزی است که تلسکوپ برای درک آن تلاش می‌کند.

نمایی از آینه اولیه ۲.۴ متری تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا

در میان سایر اهداف علمی، یکی از مأموریت‌های اولیه تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا، شکار سیارات فراخورشیدی جدید با استفاده از ترفندی خلاقانه به نام میکرولنزینگ گرانشی (gravitational microlensing) خواهد بود.

از آنجا که روش میکرولنزینگ در شناسایی سیاراتی که به دور ستاره‌های مادر خود می‌چرخند مشکل دارد، تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن در عوض روی سیاراتی متمرکز خواهد شد که به دور از خورشید خود می‌چرخند؛ مشابه غول‌های گازی و یخی منظومه شمسی ما. برخلاف هر تلسکوپ شکار سیاره فراخورشیدی، تلسکوپ نانسی گریس رومن قادر خواهد بود تا سیارات بسیار کوچک‌تر را تشخیص دهد.

ایجاد امکان نخستین بررسی روی سیاراتی که دور از ستارگان خود می‌چرخند، برای درک منشأ حیات در سیاراتی مانند زمین بسیار مهم است. گائودی ادامه داد: از آنجا که ما فکر می‌کنیم تمام آب سیارات مشابه زمین از نواحی بیرونی منظومه‌های سیاره‌ای وارد شده است، با بررسی این مناطق می‌توانیم میزان رایج بودن این سیارات را درک کنیم.

اگر این اقدام کافی نباشد، تلسکوپ نانسی گریس رومن یک ترفند دیگر برای شکار سیاره در آستین دارد. این تلسکوپ، حامل دستگاهی است که به آن امکان می‌دهد تا نور ستاره‌های مجاور را مسدود کند و مستقیماً از سیارات فراخورشیدی اطراف خود تصویربرداری کند. این قابلیت، شاهکاری است که حتی تلسکوپ فضایی جیمز وب هم قادر به انجام دادن آن نیست.

ناسا چندی پیش عکس جدیدی از آنتن تلسکوپ فضایی «نانسی گریس رومن» که آزمایش‌های آن به به پایان رسیده بودند، منتشر کرد.

آنتن بزرگ تلسکوپ فضایی «نانسی گریس رومن»

مهندسان «مرکز پرواز فضایی گادرد» (GSFC) ناسا چندی پیش آزمایش یک آنتن کارآمد را برای «تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن» به پایان رساندند. تصویر منتشرشده، عکس این آنتن که قرار است ارتباط اولیه بین تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن و زمین را فراهم کند، در یک محفظه آزمایش نشان می‌دهد. این آنتن می‌تواند بالاترین حجم داده را نسبت به هر ماموریت اخترفیزیک ناسا که تاکنون انجام شده است، به زمین بفرستد.

بازتابنده آنتن، از یک ماده کامپوزیت کربن ساخته شده است که وزن بسیار کمی دارد، اما همچنان در برابر نوسانات دمایی گسترده مقاومت می‌کند. این آنتن که ۱.۷ متر قطر دارد، تقریبا به اندازه یک یخچال بلند است، اما وزن آن تنها به ۱۰.۹ کیلوگرم می‌رسد. اندازه بزرگ این آنتن به تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن کمک می‌کند تا سیگنال‌های رادیویی را در سراسر میلیون‌ها کیلومتر فضا به زمین بفرستد.

آنتن در یک فرکانس، دستورات را دریافت می‌کند و اطلاعات مربوط به وضعیت سلامتی و موقعیت تلسکوپ را ارائه می‌دهد. آنتن از فرکانس دیگری برای انتقال سیل داده به ایستگاه‌های زمینی در نیومکزیکو، استرالیا و ژاپن استفاده خواهد کرد. این مکان‌ها گسترش یافته‌اند تا گروه تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن به طور مداوم قادر به برقراری ارتباط با فضاپیما باشد.

تولید این آنتن، یک تلاش هماهنگ بین دولت آمریکا و بخش تجاری بود. ناسا مسئول طراحی فرکانس رادیویی بود. «شرکت سازه‌های کاربردی هوافضا» (AASC) در کالیفرنیا نیز شریک تجاری این پروژه است که برای طراحی مکانیکی پرواز نهایی و ساخت مجموعه بازتابنده کامپوزیت با آن قرارداد بسته شد.

مهندسان شرکت سازه‌های کاربردی هوافضا و مرکز پرواز فضایی گادرد، آن را به طور گسترده آزمایش کرده‌اند تا تأیید کنند که آنتن در محیط ناملایم فضا که محدوده دمایی منفی ۳۲ تا ۱۴۰ درجه سلسیوس را دارد، طبق انتظارات عمل خواهد کرد. همچنین، آن‌ها آنتن را تحت آزمایش ارتعاشی قرار دادند تا مطمئن شوند که در برابر پرتاب تلسکوپ مقاوم است. هر سطح از آنتن در محفظه آزمایش، با قطعات فوم پوشیده شده است که بازتاب‌های مزاحم را در طول آزمایش به حداقل می‌رساند.

منبع: ایسنا