تلسکوپ رادیویی مرچیسون وسعت گرفت – این بار چه چیز تازه‌ای خواهد یافت؟

اخترشناسی رادیویی در سال‌های اخیر یکی از سریع‌ترین حوزه‌های رشد در علوم فضایی بوده است. این شاخه از علم با استفاده از امواج رادیویی به جای نور مرئی، به بررسی پدیده‌های کیهانی می‌پردازد و به ما اجازه می‌دهد بخش‌هایی از جهان را ببینیم که هیچ تلسکوپ نوری توان مشاهده‌ی مستقیم آن را ندارد. اخیراً گامی تازه در این مسیر برداشته شد: تکمیل فاز سوم توسعه‌ی آرایه‌ی میدان‌گسترده‌ی مرچیسون (Murchison Widefield Array یا MWA) در غرب استرالیا.

پیش‌تر بارها گزارش شده بود که این تلسکوپ رادیویی چگونه توانسته از جست‌وجوی سیگنال‌های هوش فرازمینی (SETI) گرفته تا بررسی نور ستاره‌های نخستین کیهان، نقش مهمی ایفا کند. اکنون با این ارتقا، نه تنها توانایی‌های آن دوچندان شده، بلکه پلی برای رسیدن به پروژه‌ی عظیم‌تر و جانشین بعدی آن یعنی آرایه‌ی کیلومتر مربعی (Square Kilometer Array یا SKA) نیز فراهم آمده است؛ پروژه‌ای که به‌عنوان بزرگ‌ترین تلسکوپ رادیویی تاریخ شناخته می‌شود.

ساختار متفاوت MWA؛ بدون بشقاب، با هزاران آنتن کوچک

بیشتر رصدخانه‌های رادیویی دنیا از بشقاب‌های عظیم فلزی تشکیل شده‌اند که امواج رادیویی را جمع‌آوری و به گیرنده‌ها متمرکز می‌کنند. اما MWA کاملاً متفاوت است. این تلسکوپ به‌جای یک دیش غول‌پیکر، از مجموعه‌ای از آنتن‌های دو‌قطبی کوچک ساخته شده است که در سطحی وسیع از بیابان‌های استرالیای غربی پخش شده‌اند.

این منطقه به دلیل دوری از شهرها، آلودگی نوری و رادیویی بسیار اندکی دارد و محیطی ایده‌آل برای چنین پروژه‌هایی به شمار می‌رود. زمین این آرایه متعلق به قوم بومی واجری یاماجی (Wajarri Yamaji) است که همکاری نزدیکی با جامعه‌ی علمی برای پیشبرد پروژه داشته‌اند.

در فاز دوم توسعه، این آرایه شامل ۴۰۹۶ آنتن بود که در محدوده‌ای به وسعت حدود ۲۰ کیلومتر مربع پراکنده بودند. همین مجموعه هم توانسته بود دستاوردهای چشمگیری داشته باشد. اما فاز سوم همه‌چیز را به سطحی تازه برد.

فاز سوم؛ دو برابر شدن آنتن‌ها و گستره‌ی بیشتر

در این ارتقا، شمار آنتن‌ها دو برابر شد و به رقم شگفت‌انگیز ۸۱۹۲ آنتن رسید. این یعنی توان خام جمع‌آوری داده‌های تلسکوپ نیز تقریباً دو برابر شد.

برای جای‌دادن این تعداد آنتن، محدوده‌ی فیزیکی آرایه هم گسترش یافت و از ۲۰ کیلومتر مربع به حدود ۳۰ کیلومتر مربع رسید. این افزایش فاصله‌ی میان آنتن‌ها، همان چیزی است که اخترشناسان آن را طول‌پایه یا Baseline می‌نامند. هرچه این طول‌پایه بزرگ‌تر باشد، توان تفکیک یا وضوح تلسکوپ در مشاهده‌ی اجرام دوردست نیز بیشتر می‌شود.

به بیان ساده‌تر، ارتقای فاز سوم باعث شد که تلسکوپ بتواند با جزئیات بیشتری به جهان نگاه کند و ساختارهای بسیار ریزتری از اجرام دوردست را ثبت کند.

ارتقای مغز تلسکوپ؛ ابررایانه‌ی جدید MWAX

البته افزایش تعداد آنتن‌ها به معنای افزایش چشمگیر داده‌ها بود. هر آنتن داده‌های خامی را ثبت می‌کند که باید با بقیه ترکیب شود تا تصویری واحد از آسمان به دست آید. این کار توسط بخشی انجام می‌شود که «همبندگر» یا Correlator نام دارد.

در فاز سوم، یک همبندگر تازه با نام MWAX به پروژه اضافه شد. این سامانه در اصل یک ابررایانه است که می‌تواند سیگنال‌های هزاران آنتن را همگام‌سازی و ترکیب کند تا تصویر نهایی ساخته شود. با این ارتقا، توان پردازش داده‌ها تقریباً چهار برابر شد و خروجی علمی پروژه جهشی بزرگ برداشت.

هدف‌های علمی؛ از دوران یونش مجدد تا اسرار خورشید

یکی از اهداف اصلی این پروژه، بررسی دوران موسوم به عصر یونش مجدد (Epoch of Reionization) است؛ دوره‌ای در کیهان اولیه که هیدروژن خنثی بر جهان غالب بود و نخستین ستاره‌ها و کهکشان‌ها آغاز به تابش کردند. مطالعه‌ی این دوران از طریق امواج رادیویی امکان‌پذیر است و می‌تواند بخشی از ناشناخته‌ترین فصل‌های تاریخ کیهان را روشن کند.

علاوه بر این، MWA پیش‌تر در زمینه‌ی بررسی پدیده‌های گذرا (Transients) مثل انفجارهای رادیویی سریع (FRBs) و همچنین در حوزه‌ی هلیوفیزیک یا فیزیک خورشید عملکرد برجسته‌ای داشت. با ارتقای جدید، این پژوهش‌ها با دقت و عمق بیشتری ادامه خواهند یافت. به‌طور کلی، در اخترشناسی قاعده‌ای ساده اما مهم وجود دارد: هرچه داده بیشتر باشد، کشف‌های بیشتری هم امکان‌پذیر خواهد شد.

راز حلقه‌های رادیویی عجیب (ORCs)

یکی از معماهای جذابی که دانشمندان امیدوارند با کمک ارتقای جدید حل شود، مربوط به حلقه‌های رادیویی عجیب (Odd Radio Circles یا ORCs) است. این‌ها منابع رادیویی بسیار کمرنگی هستند که پیش‌تر هیچ‌وقت دیده نشده بودند. هنوز مشخص نیست که ماهیت واقعی آن‌ها چیست.

در برخی موارد، یک جفت حلقه‌ی رادیویی مشاهده شده که ظاهراً از انرژی یک کهکشان نزدیک تغذیه می‌کردند. اما چون توضیح قطعی برای پیدایش آن‌ها وجود ندارد، اخترشناسان امیدوارند با داده‌های دقیق‌تر MWA بتوانند سرنخی از منشأ این حلقه‌ها پیدا کنند.

پلی به سوی پروژه‌ی غول‌آسا؛ آرایه‌ی کیلومتر مربعی (SKA)

شاید مهم‌ترین نکته‌ی این ارتقا آن باشد که جامعه‌ی علمی را برای پروژه‌ی عظیم‌تر بعدی آماده می‌کند: آرایه‌ی کیلومتر مربعی (SKA). این پروژه در دو کشور استرالیا و آفریقای جنوبی اجرا خواهد شد و قرار است بزرگ‌ترین و قدرتمندترین تلسکوپ رادیویی تاریخ باشد.

نسخه‌ی استرالیایی آن که با نام SKA-Low شناخته می‌شود، شامل ۱۳۱ هزار آنتن دو‌قطبی خواهد بود. این عدد حتی در برابر ۸۱۹۲ آنتن MWA هم حیرت‌انگیز است و نشان می‌دهد که چه جهشی در راه است.

البته تکمیل SKA حدود چهار سال دیگر زمان می‌برد. بنابراین تا آن زمان، MWA همچنان بهترین و پیشرفته‌ترین تلسکوپ رادیویی فعال در منطقه خواهد بود و نقش پررنگی در پژوهش‌های علمی خواهد داشت.

آینده‌ی درخشان برای MWA

با سرمایه‌گذاری حدود ۵٫۴ میلیون دلار برای این ارتقا، MWA چند سال دیگر می‌تواند در خط مقدم علم باقی بماند و همچنان کشف‌های تازه‌ای رقم بزند. هرچند پس از راه‌اندازی SKA، احتمالاً توجه‌ها به سمت آن معطوف خواهد شد، اما نباید فراموش کرد که بسیاری از موفقیت‌های آینده‌ی SKA مدیون تجربه‌ها و داده‌هایی است که MWA فراهم کرده است.

به این ترتیب، می‌توان گفت فاز سوم MWA تنها یک ارتقا فنی نیست؛ بلکه سکویی است برای پرش به مرحله‌ای بزرگ‌تر در شناخت کیهان. جهان ما هنوز پر از رمز و راز است، و هر گام تازه‌ای در فناوری رادیویی، ما را یک قدم به درک این معماها نزدیک‌تر می‌کند.