سيقوم التلسكوب الفضائي الجديد التابع لناسا برسم خريطة للسماء بأكملها بوضوح يشبه هابل

الملخص:

تلسكوب نانسي جريس الروماني الفضائي التابع لناسا على وشك الإطلاق. سيراقب هذا التلسكوب الكون بطريقة جديدة تمامًا: مع الحفاظ على وضوح التصوير على مستوى تلسكوب هابل الفضائي، سيكون له مجال رؤية أكبر بكثير، مما يساعد العلماء على دراسة الطاقة المظلمة والمادة المظلمة والمجرات البعيدة والنجوم المحتضرة والكواكب المخفية في وهج النجوم الأخرى.

يفصلنا يوم واحد فقط عن إطلاق التلسكوب الفضائي الروماني. باعتبارها مهمة الفيزياء الفلكية الرائدة التالية التي تطلقها وكالة ناسا بعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي، ستصبح واحدة من أولى التلسكوبات الفضائية القادرة على مسح الكون على نطاق واسع وبكفاءة عالية. وتتوقع ناسا أن يبدأ التلسكوب الروماني عمليات المراقبة العلمية في يناير 2027.

سيسافر العديد من أعضاء هيئة التدريس والطلاب بجامعة أريزونا إلى كيب كانافيرال بولاية فلوريدا للمشاركة في إطلاق هذه المهمة المهمة. في 24 أغسطس 2026، أكمل التلسكوب الفضائي الروماني التغليف الانسيابي وسيتم بعد ذلك الالتحام بصاروخ فالكون الثقيل.

يستخدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي بشكل أساسي للمراقبة العميقة لمنطقة صغيرة نسبيًا من الكون، في حين أن الميزة البارزة للتلسكوب الفضائي الروماني هي تغطيته الواسعة. كلا التلسكوبين قادران على مراقبة الأشعة تحت الحمراء، لذلك يمكن لعلماء الفلك الجمع بين ملاحظاتهم للحصول على صورة أكثر اكتمالا للكون والتي سيكون من الصعب الحصول عليها باستخدام أي من التلسكوبين وحدهما.

يبلغ قطر المرآة الرئيسية للتلسكوب الروماني حوالي 2.4 متر، وهو نفس حجم المرآة الرئيسية لتلسكوب هابل الفضائي. ومع ذلك، سيحمل لومان أداة من شأنها توسيع نطاق الملاحظات بشكل كبير. إن أداتها ذات المجال الواسع قادرة على التقاط ما يقرب من 100 مرة مساحة السماء مثل كاميرا هابل مع الحفاظ على حساسية مشابهة لحساسية هابل.

يعمل تلسكوب هابل الفضائي منذ أكثر من 30 عامًا وقد رصد ما يقرب من 0.1% من السماء ليلاً. وفي المقابل، من المتوقع أن يغطي تلسكوب لوهمان السماء بأكملها بنفس المستوى من الدقة. إن مجال الرؤية الواسع هذا سيجعله جيدًا بشكل خاص في العثور على الأجسام النادرة، بما في ذلك النجوم المحتضرة والكواكب المتكونة حديثًا وعناقيد المجرات العملاقة.

وسيشارك باحثون من جامعة أريزونا في تحليل بيانات الرصد هذه والبحث عن اكتشافات علمية جديدة.

تعد المادة المظلمة والطاقة المظلمة الأهداف البحثية الرئيسية للتلسكوب الروماني، كما أنهما أيضًا من أعمق الألغاز في علم الكونيات الحديث. المادة المظلمة في حد ذاتها لا تبعث الضوء، لكن جاذبيتها تؤثر على المجرات والهياكل الأخرى في الكون. الطاقة المظلمة هي ما يسميه العلماء بالتأثير الغامض الذي يبدو أنه يدفع توسع الكون إلى التسارع. تشكل المادة المظلمة والطاقة المظلمة معًا جميع المكونات الموجودة في الكون تقريبًا.

اختارت وكالة ناسا مختبر أريزونا لعلم الكونيات في جامعة أريزونا لدعم دراستين تهدفان إلى الكشف عن طبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة. أحدهما يشمل فريقًا علميًا واسع المجال والآخر مسؤول عن بناء البنية التحتية للمشروع.

تقود إليزابيث كراوسر، أستاذة علم الفلك والفيزياء بجامعة أريزونا، فريقًا علميًا واسع النطاق "أبحاث عدسة الجاذبية الحركية باستخدام التلسكوب الفضائي الروماني". حصل الفريق على تمويل قدره مليوني دولار لتطوير طريقة قياس كونية تسمى "عدسة الجاذبية الحركية".

ويخطط الباحثون لدمج الصور التي التقطها رومان مع البيانات الطيفية لقياس المادة المظلمة والطاقة المظلمة بشكل أكثر دقة من أي وقت مضى.

سيكون فريق آخر من جامعة أريزونا مسؤولاً أيضًا عن إنشاء البنية التحتية للمشروع في مشروع التعاون متعدد المؤسسات "تعظيم نتائج العلوم الكونية باستخدام مسح لوهمان للتصوير في خطوط العرض العالية". تيم إيفلر، أستاذ علم الفلك والفيزياء، يقود مجموعة العمل المسؤولة عن تفسير بيانات علم الكونيات الروماني.

سوف يكتشف التلسكوب الروماني المجرات الأقرب إلى الأرض وكذلك المجرات البعيدة للغاية. وسيقوم علماء الفلك بتحديد موقع هذه المجرات وقياس خصائصها، وإنشاء كتالوج ضخم من المجرات. سيستخدم الباحثون بعد ذلك نماذج حاسوبية لترجمة هذه الفهارس إلى معلومات حول القوانين الفيزيائية الأساسية للكون.

يتطلب إكمال هذا العمل قوة حاسوبية كبيرة. خصص برنامج لوهمان التابع لناسا مبلغ 800 ألف دولار لمختبر إيفلر لشراء موارد الحوسبة. ستكون هذه الموارد جزءًا من نظام حوسبة عالي الأداء جديد على مستوى الجامعة ومن المتوقع أن يتم تنفيذه هذا الخريف. وسيتلقى مختبر إيفلر أيضًا 2.4 مليون دولار على مدى السنوات الخمس المقبلة لإجراء الأبحاث ذات الصلة.

وقال إيفلر إن هذه البنية التحتية ستساعد الباحثين على استكمال التحويل من كتالوجات المجرات إلى التفسيرات الكونية، مما يسمح لهم بتحديد محتوى الطاقة المظلمة والمادة المظلمة في الكون. ويعمل أيضًا كرئيس مشارك لمجموعة علم الكونيات، التي تضم أكثر من 1000 عالم من جميع أنحاء العالم. وقال إيفلر إن القدرة على تنظيم مجتمع البحث العلمي العالمي للتعاون حول هذا الهدف العلمي هي "وظيفة الأحلام".

لن يقتصر التلسكوب الفضائي الروماني على رسم خرائط واسعة النطاق للكون فحسب، بل سيختبر أيضًا طرقًا جديدة لتصوير الكواكب الخارجية بشكل مباشر. سيستخدم الكوروناغراف الذي يحمله دروعًا ضوئية ومنشورات وكاشفات ومرشحات ومرايا ذاتية الضبط لقمع الضوء الشديد للغاية للنجم.

عندما يضعف ضوء النجم الساطع، تتاح لعلماء الفلك فرصة مراقبة الكواكب الخافتة وأقراص الغبار التي تدور حول النجم.

في الوقت الحاضر، تعتمد معظم الكواكب الخارجية التي اكتشفها البشر على طرق غير مباشرة للتأكد. على سبيل المثال، يمكن للعلماء قياس الانخفاضات الصغيرة في ضوء النجوم الناتجة عن مرور الكواكب أمام النجوم. سوف يتخذ الكوروناغراف الخاص برومان نهجًا مختلفًا، محاولًا الكشف مباشرة عن الكوكب نفسه.

من المتوقع أن يكون هذا الجهاز قادرًا على اكتشاف الكواكب الأخف 100 مليون مرة من نجومها المضيفة. بالمقارنة مع الإكليل الفضائي الموجود، سيتم تحسين أدائه بنحو 100 إلى 1000 مرة.

قال سكايلر وولف، أستاذ الأبحاث المساعد في علم الفلك والذي يقود مجموعة عمل تخطيط مراقبة الإكليل، إن التكنولوجيا ستوفر التحقق الحاسم من صحة المراصد العالمية الصالحة للسكن في المستقبل. المرصد العالمي الصالح للسكن هو مشروع تلسكوب مقترح مصمم خصيصًا للبحث عن علامات الحياة المحتملة في أنظمة النجوم الأخرى.

شارك العديد من الباحثين في جامعة أريزونا في تطوير الكوروناغراف الروماني وسيشاركون في عمليات الرصد المستقبلية، بما في ذلك مدير مختبر القمر والكواكب مارك مارلي، والأستاذ المشارك في علم الفلك إيوان س. دوغلاس، وأستاذ الأبحاث المساعد في مرصد ستيوارد لمياء آنش، ومساعد أبحاث ما بعد الدكتوراه في علم الفلك جوستين هولم.

سيعمل مالي مع الأستاذ المشارك في مختبر القمر والكواكب تاي روبنسون وزميل أبحاث ما بعد الدكتوراه زارا براون لاستخدام بيانات الكوروناغراف لدراسة الأجواء للأجسام خارج نظامنا الشمسي.

لقد قام براون ببناء نماذج مناخية والطيفية للكواكب العملاقة ذاتية الإضاءة. غالبًا ما تكون هذه الكواكب حديثة السن وحارة جدًا، وتنتج ضوء الأشعة تحت الحمراء الحراري الخاص بها. يستطيع نموذجها التنبؤ بدرجة حرارة الغلاف الجوي للكوكب، والتركيب الكيميائي، وظروف السحب، وطيف الأشعة تحت الحمراء الذي من المحتمل أن ينبعث منه كل كوكب.

تعد هذه التنبؤات مهمة لأن العديد من هذه الأجسام لم تتم دراستها بهذه الأطوال الموجية من قبل. وقال براون إن الأطياف المتوقعة ضرورية لتخطيط المراقبة. يواجه الكوروناغراف الروماني أهدافًا خافتة للغاية وعالية التباين، لذلك يجب على فريق البحث ترتيب وقت مراقبة كافٍ لضمان إمكانية اكتشاف الأهداف المرشحة، مع عدم إشغال موارد المراقبة المحدودة للمهمة بشكل مفرط.

يقوم فريق آنش بدراسة بنية أنظمة الكواكب الخارجية. هولم مسؤول عن العثور على النجوم الأكثر ملاءمة لمعايرة الكوروناغراف، كما يقود مشاريع المراقبة الأولية باستخدام التلسكوبات الأرضية لتوفير الدعم لأهداف تأكيد المهمة الرومانية المستقبلية.

من المتوقع أن يبدأ التلسكوب الفضائي الروماني التشغيل العلمي في يناير 2027، عندما تكون بيانات الرصد التي يحصل عليها مفتوحة للمجتمع العلمي العالمي. ستكون جامعة أريزونا مسؤولة عن تسعة مشاريع بحثية للبيانات الرومانية معتمدة من وكالة ناسا بتمويل ذي صلة يزيد عن 2 مليون دولار.

لا يشمل النطاق البحثي لهذه المشاريع الطاقة المظلمة والكواكب الخارجية فحسب، بل يشمل أيضًا موضوعات مثل الثقوب السوداء الهائلة، وعدسة الجاذبية، وتكوين المجرات، وعمليات إعادة التأين، والغبار الكوني.

بفضل تفاصيل التصوير المشابهة لتلسكوب هابل الفضائي ومجال رؤية أبعد بكثير من هابل، سيساعد التلسكوب الفضائي الروماني العلماء على اكتشاف الأجرام السماوية التي تميل التلسكوبات الأخرى إلى تفويتها، ويكشف أيضًا عن كيفية تناسب هذه الاكتشافات مع الصورة الأكبر لتطور الكون.