خريطة راديوية تكشف 63 ألف مصدر كوني بدقة مذهلة

أنتج فريق دولي بقيادة باحثين من جامعة Leiden خريطة راديوية عالية الدقة لـ 63,000 مصدر للموجات الراديوية منخفضة التردد في بقعة من سماء الشمال، وتفوق دقتها دقة أحدث صورة سابقة التُقطت للمنطقة نفسها بتلسكوب LOFAR بعشرين ضعفاً. وتكشف الصورة تفاصيل المجرّات الراديوية والنفاثات المنبثقة منها، وتُظهر في الوقت نفسه أن معالجة بيانات بهذا الحجم أصبحت ممكنة، وهو أمر لم يكن متاحاً قبل سنوات قليلة.

كيف أُنجزت الخريطة؟

LOFAR مصفوفة من التلسكوبات الراديوية تعمل على الترددات المنخفضة، ويتولى معهد ASTRON الهولندي لعلم الفلك الراديوي تشغيل الأبحاث المرتبطة بها. وتوجّه المصفوفة أنظارها إلى منطقة تُعرف باسم ELAIS-N1، وهي اختصار «المسح الأوروبي الواسع بالأشعة تحت الحمراء، الشمال 1» (European Large-Area ISO Survey-North 1). وتقع المنطقة في سماء الشمال، وتكاد تخلو من الغبار والغاز والنجوم التابعة لمجرّتنا. ولهذا السبب تُعد ملائمة للدراسات العميقة بأطوال موجية متعددة للكون البعيد. وكان فلكيو LOFAR يرصدونها منذ سنوات لرسم خريطة لمصادرها الراديوية منخفضة التردد، وسبقت الصورة الجديدة صورة أقل دقة التُقطت بالتلسكوب نفسه.

واعتمد الفريق على تقنية «قياس التداخل» (Interferometry)، وهي تقنية حديثة تجمع الضوء الملتقط من عدة تلسكوبات في صورة واحدة أوضح. واستغرقت عمليات الرصد 200 ساعة، وولّدت 400 تيرابايت من البيانات، ثم جاءت الصورة النهائية بحجم 8 مليارات بكسل.

أما المعالجة فكانت التحدي الأكبر. فقبل سنوات قليلة كان من المستحيل معالجة كمية مماثلة من بيانات التلسكوبات الراديوية عالية الدقة. وطوّر باحثون في ASTRON وشركاء لهم منصة Spider، وهي منصة معالجة بيانات عالية الأداء تستضيفها SURF في هولندا. وقد خفّضت هذه المنصة، إلى جانب تحسينات أخرى في معايرة البيانات واختزالها، أزمنة المعالجة 10 مرات.

Loading image...

وقال Jurjen de Jong، الباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مرصد Leiden وفي ASTRON، وقائد البحث: «أمكن معالجة مجموعة البيانات بأكملها على Spider، منصة معالجة البيانات عالية الأداء التي تستضيفها SURF في هولندا، في بضعة أشهر فحسب».

ماذا تُظهر الصورة؟

تضم الصورة الكاملة 63,000 مصدر راديوي، بينها كوازارات ومجرّات تشهد تكوّن نجوم. وتهيمن عليها النوى المجرّية النشطة (AGN)، وتُعرف أيضاً بالكوازارات. والنواة المجرّية النشطة مركز مجرّة شديد السطوع، يستمد طاقته من ثقب أسود فائق الكتلة ومن قرص التراكم المحيط به، أي المادة التي تدور حوله وتسقط نحوه. وتطلق هذه النوى من المناطق القطبية للثقوب السوداء نفاثات نسبية من الغاز والغبار شديدي السخونة، وتبعث هذه النفاثات قدراً كبيراً من الإشعاع.

ويلائم LOFAR رصد الانبعاثات الراديوية الممتدة منخفضة التردد. وكانت المسوح الأقل دقة تُظهر المجرّات البعيدة ونفاثاتها كبقع بلا ملامح. أما بيانات LOFAR عالية الدقة فتميّز المصادر الراديوية المنفردة والنفاثات الضخمة. وتتيح ملاحظات النفاثات المفصّلة دراسة تفاعلها مع بيئتها وتطورها عبر الزمن الكوني.

Loading image...

وأظهرت حساسية LOFAR العالية كذلك خيوطاً (filaments) تحيط بالمجرّات الراديوية، خصوصاً قرب عناقيد المجرّات. وحلّلت الملاحظات شكل هذه البنى وخصائصها الطيفية. ولم يكن ذلك ممكناً إلا بدمج ملاحظات LOFAR عالية الدقة ومنخفضة التردد معاً.

وماذا عن المجرّات الفتية؟

المجموعة الكبرى الثانية في الصورة مجرّات صغيرة فتية تشهد معدلات عالية لتكوّن النجوم. والموجات الراديوية تنفذ عبر الغاز والغبار اللذين يحجبان ضوء تكوّن النجوم في المجالين المرئي والأشعة تحت الحمراء، ولذلك تتيح الملاحظات الراديوية دراسة تكوّن النجوم داخل المجرّات. ويمكن أن تساعد أيضاً في دراسة كيف تطورت المجرّات المبكرة إلى المجرّات الحلزونية والإهليلجية التي نراها في الكون المحلي.

ما الخطوة التالية؟

سيكون دمج هذه البيانات مع صور بصرية وبالأشعة تحت الحمراء والسينية للمنطقة نفسها من السماء مفيداً، فالرصد بأطوال موجية متعددة يمكن أن يساعد الفلكيين على تحديد بُعد كل مصدر راديوي وكتلته.

وتعمل ASTRON حالياً مع شركاء أوروبيين على ترقية التلسكوب إلى LOFAR2.0، بهدف التقاط صور أوسع وأعلى دقة، وإبقاء LOFAR قادراً على منافسة الجيل المقبل من التلسكوبات الراديوية. ومن هذا الجيل مصفوفة Square Kilometer Array (SKA)، التي ستجمع بين مصفوفة MeerKAT في جنوب أفريقيا ومرصد Inyarrimanha Ilgari Bundara في أستراليا، وهو Murchison Radio-astronomy Observatory. وتُظهر الخريطة الجديدة أن معالجة بيانات من هذا الحجم باتت ممكنة، وهي قدرة ستحتاج إليها تلك التلسكوبات.

للاطلاع على التفاصيل، يمكن الرجوع إلى إعلان ELAIS-N1، وإلى معلومات عن تلسكوب LOFAR، وإلى صورة Spitzer للمنطقة.