تلسكوب إقليدس يستكشف 13 مليار سنة من تاريخ الكون

أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية، أمس السبت، تلسكوب إقليدس، وهو نوع من "جوجل إيرث العامة"، وذلك من كيب كانافيرال بولاية فلوريدا. في محاولة لإلقاء الضوء على توسع الكون من خلال استكشاف 73% من 13.8 مليار سنة من تاريخه.
لكن ماذا يوجد في الكون؟ ما الذي يمكن أن يصنعه كوننا، البالغ من العمر 13.8 مليار سنة الآن، و 93 مليار سنة ضوئية على الأقل ("على الأقل" لأننا نتحدث فقط عن الكون المرئي)؟ سؤال جيد، وقد تم طرحه منذ عقود. هناك مجموعة من النجوم مجمعة في مجرات بالطبع، مع الكواكب حول النجوم وسدم الغاز والغبار في كل مكان. لكن إذا حاولنا تقدير كتلة كل هذه المادة واستقراءها بمقياس الكون، فسنصادف عظمة هذا الكون، لأن النتائج لا تلتزم على الإطلاق بما نلاحظه.
تدور المجرات بسرعة كبيرة مقارنة بكميتها من "المادة المرئية". لذلك اخترعنا مفهوم "المادة المظلمة" لتعيين الباقي. كما أن تمدد الكون يتسارع ، كما اكتشفنا في عام 1998 ، تحت تأثير نوع من الطاقة لم يتم تحديده بشكل أفضل. إذن ، ماذا يحدث في النهاية في هذا الكون الغريب الذي يستضيفنا؟ حان الوقت لحل اللغز. ولكي يعرف أبناء الأرض قاموا ببناء تلسكوب اسمه إقليدس، للإقلاع من منصة الإطلاق في كيب كانافيرال.
وعلى عكس ما قد يعتقده المرء أنه مثبت جيدًا في شكل صاروخ سبيس إكس في فلوريدا، فإن جوهرة التكنولوجيا هذه ليست أمريكية على الإطلاق. إنها مهمة وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ، وحتى مهمة كبرى، بميزانيتها البالغة 1.4 مليار يورو والمسؤوليات العلمية الملقاة على عاتقها.
لماذا أقلع الصاروخ الأوروبي من أمريكا؟
في البداية، كان على إقليدس أن يقلع على متن صاروخ سويوز من كورو، غيانا. لكن الروس سحبوا قاذفاتهم من القاعدة الأوروبية بعد اندلاع الحرب في أوكرانيا، في فبراير 2022 ، وكان لابد من العثور على مركبات جديدة لعدة مهام أوروبية. تأخر إقليدس عامين تقريبًا. ولكن هاهو جاهز لإلقاء الضوء على الطاقة المظلمة والمادة المظلمة.
95 % من طبيعة كوننا مجهولة
"الكون في توسع متسارع ، والمصدر وراء هذا التسارع غير معروف، ومن هنا اسمها الطاقة المظلمة" ، يلخص يانيك ميليير ، عالم الفيزياء الفلكية ورئيس اتحاد إقليدس، الذي يضم أكثر من 2000 عالم ومهندس، معظمهم من الأوروبيين، حول مشروع ESA.
وتمثل هذه الطاقة المظلمة حوالي 70% من المادة ومحتوى الطاقة في الكون. يوجد أيضًا 25% من المادة المظلمة ، لذا فإن 95% من كوننا إجمالاً ذات طبيعة مجهولة تمامًا. يكافح منظرو الفيزياء مع هذا الجهل الذي لا يطاق من خلال ابتكار نظريات قد تصمد.
الفرضية الأولى: لا تزال التفاعلات بين الجسيمات الأولية التي تشكل كل المادة غير مفهومة جيدًا ، وهناك في الواقع نوع جديد من التفاعل الأساسي (إلى جانب الجاذبية أو الكهرومغناطيسية).
الفرضية الثانية: ستكون الثابت الكوني، يشرح يانيك ميليير. قدم ألبرت أينشتاين هذه المعلمة ، في معادلاته للنسبية العامة ، لنمذجة عمل الكون الثابت. "لقد تخلينا عن هذا الثابت عندما رأينا تمدد الكون ، لكنه عاد إلى الموضة عندما اكتشفنا تسارع التوسع." وأخيرًا ، كان من الممكن أن نكون مخطئين "في قوانين الجاذبية على نطاقات كونية كبيرة جدًا ، في حدود مليار سنة ضوئية." ربما على هذا المقياس ، "لن تكون النسبية العامة لأينشتاين قابلة للتطبيق بشكل صارم" وأنه سيتعين علينا تعديل قوانين الجاذبية. على أي حال ، هذه قصص من الصيغ. سيتعين علينا مراجعة معادلاتنا التي تشكل تعليمات الكون. ولكن ما هي المعادلة التي يجب مراجعتها ، وأيها تظل صالحة؟ سوف يساعد إقليدس في اتخاذ القرار.
قياس كل شيء لمدة 6 سنوات
لهذا الغرض، سيذهب القمر الصناعي الأوروبي ليستقر في زاوية نائية من الأرض ، على بعد 1.5 مليون كيلومتر من هنا ، تسمى نقطة لاغرانج L2 - تسمح بالتوازن المداري فيما يتعلق بالأرض والقمر، دون استهلاك الوقود للبقاء. في المكان. يقع تلسكوب جيمس ويب الكبير في نفس المنطقة المثالية لعمليات الرصد. يقول برونو ألتيري، المدير العلمي لإقليدس في Esac، المركز الأوروبي لعلم الفلك الفضائي الذي يوجه العمليات العلمية للمركبة الفضائية من مدريد: "للحفاظ على برودة أجهزته، يجب أن يكون لدى إقليدس دائمًا ألواحه الشمسية مواجهة للشمس".
وأضاف: "لذلك يمكنه فقط مراقبة جزء صغير من السماء في أي وقت، ولكن مع دوران الأرض حول الشمس. سيكون قادرًا على مراقبة ما يصل إلى ثلث القبو السماوي، شريحة بعد شريحة. وسيقيس كل شيء بدقة، شيئا فشيئا، لمدة ست سنوات، ويقوم بإجراء عشرين ملاحظة يوميًا".
وتابع: هذه الخرائط التفصيلية ستجعل من الممكن تحديد التشوهات في توزيع المادة في جميع أنحاء الكون. على سبيل المثال ، الضوء من المجرات يمكن أن يتشوه بالمادة المظلمة. يشبه إلى حد ما رؤية صورة شجرة مضطربة ، تومض ، بسبب الهواء الساخن المتسرب من الشواء الموجود بين الشجرة وبيننا. ولكن هنا ، الشجرة عبارة عن مجرة ، والهواء الساخن عبارة عن كتلة من المادة المظلمة (أي غير مرئية لتلسكوباتنا) وأعيننا هي كاميرات إقليدس. نوع آخر محتمل من التشويه هو "تذبذب الباريون الصوتي" - وهو مصطلح معقد إلى حد ما لوصف تموجات الصوت التي نمت ، مثل الفقاعات ، مع تمدد الكون.. إذا تمكنا من قياس هذه الفقاعات ، فسوف نتتبع بشكل أكثر وضوحًا تطور الكون منذ بداياته ، وسنفهم بشكل أفضل كيف تشكلت هياكله الرئيسية (توزيع المجرات في شكل خيوط على وجه الخصوص ، كما في الشبكه العنكبوتيه).
كلما نظرت أبعد تعود بالزمن بعيدًا
ما العلاقة بين كل هذا؟ يوضح برونو ألتيري: "باختصار ، سيحاول إقليدس رسم خريطة للكون في الزمان والمكان ، بحيث يعود إلى ما يصل إلى 10 مليارات سنة ضوئية ، وينظر إلى ثلث السماء". "سوف يرسم خريطة السماء بأكملها بشق الأنفس، ويقيس [تشوهات] الجاذبية - أي تحديد مكان المادة المظلمة إحصائيًا. وانظر أيضًا إلى كيفية تطور هياكل الكون، لوضع قيود على الطاقة المظلمة". سيكون من الضروري مقارنة ملاحظات إقليدس بالمحاكاة الحاسوبية لتطور الكون، من خلال متغيرات متغيرة. بقليل من الحظ (والكثير من العمل ، قبل كل شيء)، سنرى أي المحاكاة هي الأفضل، وبالتالي ما هي التعديلات التي يتعين علينا إجراؤها على قوانيننا الفيزيائية حتى يصبح الكون متماسكًا.
2000 تيرابايت من البيانات
من الناحية الفنية، الفريق الذي كان يعد مهمة إقليدس لمدة عشر سنوات أو حتى خمسة عشر عامًا لا يعاني من نقص في الأرقام لتوضيح ذلك. يقتبس يانيك ميلييه " المسح العظيم لإقليدس سيجمع أكثر من عشرة مليارات مجرة موزعة على عشرة مليارات سنة ضوئية" . كلما نظرت بعيدًا ، ذهبت بعيدًا في الوقت المناسب. لذلك يمكننا القول أيضًا أن "إقليدس سيستكشف حوالي 73٪ من 13.8 مليار سنة من تاريخ الكون." بحلول نهاية عام 2025 ، سيكون إقليدس قد قدم بالفعل 2 بيتابايت (أو 2000 تيرابايت) من البيانات. وفي نهاية عام 2029 ، في نهاية المهمة الرئيسية ، سيكون لدينا 12 بيتابايت من البيانات العلمية وحدها. "إنها أكثر بكثير من جميع محفوظات جميع البعثات العلمية لوكالة الفضاء الأوروبية في علم الفلك اليوم" ، هذا ما قاله برونو ألتيري. فقط مجال مراقبة الأرض هو الذي يولد المزيد من بيانات الكمبيوتر، مع صور الأقمار الصناعية التي تزن الكثير. لكن في علم الفلك، هذا هو الأول.
سيتم إرسال البيانات ومعالجتها بواسطة عشرة مراكز كمبيوتر. بعد ذلك سيتم وضعهم مركزيا في ESAC في إسبانيا وإبلاغهم في البداية إلى علماء الاتحاد، ثم إتاحتهم للمجتمع العلمي العالمي. سنكون قادرين في النهاية على رؤية رسم الخرائط لإقليدس على أنه "برنامج Google Earth لعامة الناس" ، كما وعد برونو ألتيري. وفي غضون ذلك ، "نتمنى الحصول على صور جميلة في وقت قصير".