إطلاق “تلسكوب الطاقة المظلمة” الأوروبي لاستكشاف أكبر ألغاز علم الكونيات

أطلقت شركة سبيس إكس تلسكوب إقليدس الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية والذي تبلغ تكلفته 1.5 مليار دولار يوم السبت ، وهي محاولة طموحة وفريدة من نوعها لتحديد طبيعة المادة المظلمة – وهي مادة غير معروفة تنتشر في الكون – والطاقة المظلمة ، القوة البغيضة الغامضة تسريع توسع الكون.

قال هينك هوكسترا ، عالم الفلك بجامعة ليدن ومنسق علوم إقليدس: “من الصعب جدًا العثور على قطة سوداء في غرفة مظلمة ، خاصة إذا لم يكن هناك قط”. “هذا هو الوضع الذي نجد أنفسنا فيه قليلاً لأن لدينا هذه الملاحظات لكننا نفتقر إلى نظرية جيدة.

“حتى الآن ، لم يأت أحد بتفسير جيد للمادة المظلمة والطاقة المظلمة والتحديات الأخرى المتعلقة أيضًا بفيزياء الجسيمات. … إطلاق إقليدس (يحمل) علم الكونيات حقًا إلى المستقبل. إنها أول مهمة فضائية مصممة من أجل دراسة الطاقة المظلمة “.

في عام 1998 ، توقع علماء الفلك رسم خرائط توسع الكون أن يروا تباطؤًا بسبب جاذبية جميع مكوناته. لقد اندهشوا من اكتشاف توسع الفضاء وكل شيء فيه بدأ يتسارع منذ 5 إلى 6 مليارات سنة. القوة المجهولة التي تحرك هذا التسارع كانت تسمى الطاقة المظلمة.

استنتج الباحثون منذ ذلك الحين أن الطاقة المظلمة تمثل ما يقرب من ثلاثة أرباع ميزانية الطاقة الجماعية للكون بأسره. تشكل المادة المظلمة حوالي 24٪ من الكون ، بينما تشكل الذرات والجزيئات مادة طبيعية – الأرض والبشر والنجوم والمجرات – تمثل 5٪ فقط.

من خلال دراسة التغيرات الطفيفة في الضوء من المجرات على مدى العشرة مليارات سنة الماضية ، ستساعد كاميرات إقليدس العلماء على اكتشاف ما إذا كانت الطاقة المظلمة متوافقة مع “ثابت كوني” غير متغير تنبأت به نظرية النسبية العامة لأينشتاين أو ما إذا كان الفهم الحالي للجاذبية يحتاج إلى مراجعة.

قال يانيك ميليير ، عالم الفلك في معهد أستروفيزيك في باريس وعضو فريق إقليدس العلمي ، الأمر بهذه الطريقة:

“الهدف من مهمة إقليدس هو تقديم إجابات للأسئلة التالية: لماذا يتسارع توسع الكون ، والذي يترجم إلى ما هي طبيعة الطاقة المظلمة؟ هل هي ثابتة كونية؟ هل هي طاقة مظلمة ديناميكية لها خصائص قد يختلف مع الوقت؟ أم أنه انحراف عن النسبية العامة على المقاييس الكونية؟

في الوقت نفسه ، سيدرس إقليدس أيضًا طبيعة المادة المظلمة ، وهي بحر من الجسيمات التي لا تنبعث أو تعكس الضوء أو أي إشعاع كهرومغناطيسي آخر ، ولكن تظهر آثار الجاذبية بوضوح. تحافظ المادة المظلمة على المجرات من التطاير وتؤثر على كيفية تطور المجرات وتجمعها على مدى 13.7 مليار سنة منذ الانفجار العظيم.

قال ميليير: “سيبحث إقليدس في توزيع المادة المظلمة وتوزيع المجرات بدقة غير مسبوقة من الفضاء”. “ستعيد أيضًا بناء التاريخ الكوني للكون على مدى العشرة مليارات سنة الماضية.”

ستقوم بذلك عن طريق تصوير أكثر من 10 مليارات مجرة. ستساعد البرامج الموجودة على الأرض في تحديد 1.5 مليار أو أكثر من أفضل المرشحين وتحليل كيفية تشويه أشكالهم بسبب سحب المادة المظلمة غير المرئية التي تملأ الفراغ بين إقليدس وأهدافها.

هذه التقنية ، المعروفة باسم عدسة الجاذبية الضعيفة ، تشبه في مفهومها الطريقة التي يشوه بها الماء قليلاً أشكال الصخور المتناثرة عبر مجرى مائي. إنه تأثير خفي للغاية من الناحية الكونية ، ويتطلب برامج معقدة وأجهزة كمبيوتر قوية وأكثر من 1500 عالم في تسعة مراكز بحثية لكشفه.

ولكن إذا سارت الأمور على ما يرام ، فإن إقليدس “سيرصد بشكل مباشر توزيع المادة المظلمة باستخدام تأثير عدسة الجاذبية الذي يعدل أشكال المجرات ، والتي تنحرف عن طريق توزيع المادة المظلمة على طول خط رؤية معين” ، كما قال ميليير. “وهذا سيوفر توزيع المادة المظلمة غير المرئية في حقل إقليدي.”

ستسمح الملاحظات الطيفية لعشرات الملايين من المجرات للباحثين بتحديد المسافات والسرعات في ثلاثة أبعاد ، وإلقاء الضوء على ما إذا كانت الطاقة المظلمة هي ، في الواقع ، القوة الكامنة وراء تسارع التوسع الكوني أو ما إذا كانت هناك حاجة إلى تفسير آخر.

بدأت المهمة في الساعة 11:12 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة يوم السبت عندما انطلق صاروخ SpaceX Falcon 9 في الحياة في محطة كيب كانافيرال للقوة الفضائية. بعد جولة سريعة من فحوصات الكمبيوتر ، تم إطلاق الصاروخ ليقفز على ارتفاع 1.7 مليون رطل من الدفع ، ليقدم عرضًا سماءيًا مذهلاً في عطلة نهاية الأسبوع لسكان المنطقة والسياح.

بعد 41 دقيقة ، بعد إطلاق صاروخين لمحرك المرحلة الثانية للصاروخ ، تم إطلاق إقليدس ليطير بمفرده. طارت المرحلة الأولى من فالكون 9 ، كالمعتاد في سبيس إكس ، بنفسها للهبوط على طائرة بدون طيار بعيدة عن الشاطئ.

كانت وكالة الفضاء الأوروبية ، أو ESA ، تستعد لإطلاق تلسكوب Euclid الفضائي العام الماضي على صاروخ Soyuz روسي أقلع من كورو ، غيانا الفرنسية. ولكن في أعقاب الغزو الروسي لأوكرانيا ، انهارت تلك الخطط ، تاركة إقليدس بدون رحلة إلى الفضاء.

في يوليو الماضي ، اقتربت وكالة الفضاء الأوروبية من شركة سبيس إكس بشأن احتمال إطلاق صاروخ فالكون 9 التابع للشركة. بحلول نهاية العام ، كانت العقود سارية المفعول وتمكن الفريق من المضي قدمًا في إطلاق يوم السبت.

قال مايك هيلي ، رئيس المشاريع العلمية في وكالة الفضاء الأوروبية: “نحن مدينون … شكرًا جزيلاً لـ SpaceX”. “بدونهم ، سيبقى قمرنا الصناعي على الأرض لمدة عامين.”

إقليدس متجه إلى منطقة في الفضاء على بعد مليون ميل تقريبًا من الأرض – لاغرانج بوينت 2 – حيث تتحد جاذبية الشمس والأرض لتشكل منطقة هادئة حيث يمكن للمركبة الفضائية أن تبقى في مكانها بأقل قدر من المناورة واستخدام الوقود. يعمل تلسكوب جيمس ويب الفضائي أيضًا عند النقطة L2.

تم تجهيز Euclid التي يبلغ وزنها 4،760 رطلاً بمرآة أساسية شبه مثالية بعرض 3 أقدام وعرض 11 بوصة وجهازين: كاميرا ضوء مرئي 600 ميجابكسل ومقياس طيف للتصوير بالأشعة تحت الحمراء بدقة 64 ميجابكسل. يبلغ مجال رؤية التلسكوب ضعف حجم البدر تقريبًا.

بعد فترة من الفحص والمعايرة لمدة شهر ، سيبدأ إقليدس في رسم خرائط 15000 درجة مربعة من السماء ، والتي تشمل كل الفضاء خارج مجرة ​​درب التبانة ، وتصوير المجرات ومجموعات المجرات التي يعود تاريخها إلى 10 مليارات سنة.

سيؤدي ذلك إلى التقاط الانتقال من التباطؤ الأولي للكون الذي تحركه الجاذبية إلى عصر التوسع المتسارع في ظل الهيمنة الناشئة للطاقة المظلمة.

قال رينيه لوريجس ، عالم مشروع إقليدس في وكالة الفضاء الأوروبية: “يمكن لإقليدس ، دفعة واحدة ، أن يقدم حقلاً أكبر بكثير مما يمكن الوصول إليه بواسطة هابل”. “خلال فترة حياته بأكملها ، لم يغطي هابل أكثر من 100 درجة مربعة ، ويمكن أن يتم ذلك بواسطة إقليدس في 10 أيام. لذلك من أجل الحصول على 15000 درجة مربعة ، وهو حجم مسح السماء لدينا ، نحتاج إلى هذه كبيرة صور السماء “.

سيستغرق إقليدس ست سنوات لاستكمال خريطته للسماء ، لتوليد ما يقرب من 100 غيغابايت من البيانات المضغوطة يوميًا ، أو ما يقدر بنحو 70000 تيرابايت على مدار المهمة.

قال جيسون رودس ، عضو اتحاد الباحثين في إقليدس: “ربما يحتوي جهاز iPhone الخاص بك على 10 ميغا بكسل”. “لذا فإن كاميرتي Euclid معًا لديهما ما يقرب من 700 ميجابكسل. سنلتقط صورًا بهذه الكاميرات كل بضع دقائق لمدة ست سنوات.

“لكن كمية البيانات التي نرسلها إلى الأسفل مقارنة بكمية البيانات الموجودة بالكامل في الأرشيف في نهاية العملية ، وهذا عامل آخر من ألف.”

قال Gaitee Hussain ، رئيس قسم العلوم في ESA ، إن هذه الصور ستشمل 8 مليارات مجرة ​​، “سيتم اختيار أفضل ما يتراوح بين مليار ونصف وملياري مجرة ​​لتجربة العدسات الضعيفة.”

وأضافت: “سنجمع ملايين وعشرات الملايين من الانزياحات الحمراء الطيفية ، بالإضافة إلى مليارات الانزياحات الحمراء الضوئية ، من أجل فهم مسافات المجرات التي ننظر إليها”.

“هذا يعني معدلات بيانات ضخمة ، ليس فقط لإيصال البيانات إلى الأرض ، ولكن أيضًا من حيث توصيل البيانات … هذا هو المطلوب للإجابة على ما يمكن القول إنه السؤال الأساسي في الفيزياء وعلم الكونيات اليوم ، والذي هو ، مما يتكون الكون في الواقع؟ “