خريطة جديدة للكون غير المرئي

كشف علماء الفلك عن نتائج حملة رصد ضخمة غيّرت بشكل أساسي صورتنا عن الكون. باستخدام مصفوفة التردد المنخفض (LOFAR)، وهي شبكة من آلاف الهوائيات الراديوية المنتشرة عبر أوروبا، فهرست فريق دولي 13.7 مليون مصدر راديوي - مما يجعل هذا أكبر مسح راديوي للسماء على الإطلاق.

يلتقط المسح مجموعة مذهلة من الظواهر الكونية: ثقوب سوداء فائقة الكتلة تطلق نفاثات من البلازما ممتدة على ملايين السنوات الضوئية عبر الفضاء بين المجرات، مجرات مأسورة في فعل التصادم، بقايا شبحية من انفجارات المستعرات الأعظمية القديمة، وعناقيد مجرات كاملة تتلألأ بانبعاث راديوي من الغاز المسخن المحتجز في آبارها الثقالية.

ما يجعل هذا الإنجاز مميزاً بشكل خاص هو نطاق التردد. تعمل LOFAR عند ترددات راديوية منخفضة جداً، بين 120 و168 ميجاهرتز - أطوال موجية تكشف العمليات الفيزيائية غير المرئية في الغالب للتلسكوبات البصرية أو حتى أطباق الراديو عالية التردد. عند هذه الترددات، السماء تضيء بانبعاث السينكروترون من الإلكترونات التي تدور عبر الحقول المغناطيسية، مما يوفر مسبراً مباشراً للمغناطيسية الكونية وتسريع الجزيئات عالية الطاقة.

كيفية عمل LOFAR

على عكس التلسكوب الراديوي التقليدي ذي الطبق الواحد الكبير، تحقق LOFAR حساسيتها غير العادية من خلال التداخل - الجمع بين الإشارات من آلاف الهوائيات الصغيرة والرخيصة نسبياً الموزعة عبر هولندا ومحطات الشركاء في ألمانيا وفرنسا والمملكة المتحدة والسويد وبولندا وأيرلندا ولاتفيا وإيطاليا. تمتد أطول الخطوط الأساسية على مسافة تزيد عن 2000 كيلومتر، مما يعطي المصفوفة دقة زاوية مماثلة لتلك الخاصة بتلسكوب فضائي.

يقع جوهر المصفوفة في منطقة نائية من شرق هولندا تسمى Drentse Aa، اختيرت لمستوياتها المنخفضة بشكل غير عادي من التداخل الراديوي. من هناك، تتدفق البيانات بمعدلات تضاهي تلك الخاصة بأكبر تجارب الفيزياء، مما يتطلب مرافق حوسبة فائقة مخصصة لمعالجة الإشارات الخام إلى صور سماوية.

كل إشارة من LOFAR تلتقط مجال رؤية عدة درجات عبر - أوسع بكثير من التلسكوبات الراديوية النموذجية - مما يسمح للمسح بتغطية السماء الشمالية بأكملها بكفاءة. مجموعة البيانات الناتجة تحتوي على بيتابايت من المعلومات التي ستبقي علماء الفلك مشغولين لسنوات قادمة.

الثقوب السوداء والمجرات النشطة

من بين أهم النتائج في المسح ملايين النوى المجرية النشطة، أو AGN - مجرات تحتضن ثقوب سوداء فائقة الكتلة تستهلك بنشاط المادة المحيطة. عندما تدور المادة في هذه الثقوب السوداء، فإنها تولد نفاثات توأم من البلازما النسبية التي يمكن أن تمتد بعيداً عن المجرة المضيفة نفسها.

حساسية LOFAR منخفضة التردد مناسبة بشكل فريد لاكتشاف أقدم وأكثر الهياكل النفاثة امتداداً. ينخفض الانبعاث الراديوي عالي التردد بسرعة نسبية عندما تفقد الإلكترونات الطاقة، لكن التوهج منخفض التردد يستمر لفترة أطول بكثير، كاشفاً عن نفاثات أحفورية والفصوص التي تسجل مئات الملايين من سنوات نشاط الثقب الأسود. اكتشف المسح آلاف المجرات الراديوية العملاقة غير المعروفة سابقاً، بعضها بهياكل تمتد على ملايين السنوات الضوئية.

هذه الملاحظات حاسمة لفهم كيفية تأثير الثقوب السوداء فائقة الكتلة على مجراتها المضيفة والبيئة الكونية الأوسع. يُعتقد أن الطاقة المودعة بواسطة نفاثات AGN تنظم تشكل النجوم في المجرات الضخمة وتسخن الغاز في عناقيد المجرات، مما يجعلها لاعبين رئيسيين في تطور البنية الكونية.

المجرات المتصادمة والتصادمات الكونية

يوفر المسح أيضاً إحصاء غير مسبوق لتصادمات المجرات. عندما تتصادم المجرات، الفوضى الثقالية الناتجة يمكن أن تثير انفجارات تشكل النجوم وتوجه الغاز نحو الثقوب السوداء المركزية، مما يشعل نشاط AGN. يمكن لـ LOFAR الكشف عن الانبعاث الراديوي المرتبط بكلا العمليتين، مما يجعلها أداة مثالية لدراسة كيفية تشكيل تفاعلات المجرات للمنظر الكوني.

المثير بشكل خاص هو الكشف عن الانبعاث الراديوي من عناقيد المجرات نفسها. الغاز الساخن المحتجز في هذه الهياكل الضخمة - أكبر الأجسام المرتبطة ثقالياً في الكون - ينتج انبعاثاً راديوياً منتشراً يُعرف باسم هالات راديوية وأثار راديوية. تتبع هذه الميزات موجات الصدمة والاضطراب الناجمة عن تصادمات العنقود، أحداث تطلق الطاقات التي لا تضاهيها إلا الانفجار الكبير نفسه.

وسّع المسح الجديد بشكل كبير السكان المعروفة من مصادر الراديو في العنقود، مما يوفر قيوداً جديدة على الحقول المغناطيسية وآليات تسريع الجزيئات التي تعمل في أكبر الهياكل في الكون.

بقايا المستعرات الأعظمية والموت النجمي

بالقرب من الوطن، رسم المسح خريطة لآلاف بقايا المستعرات الأعظمية داخل درب التبانة. هذه الأصداف الممتدة من حطام النجوم المنفجرة هي مصادر رئيسية للأشعة الكونية - الجزيئات عالية الطاقة التي تقصف الغلاف الجوي للأرض باستمرار. بتعيين انبعاثها الراديوي عند ترددات منخفضة، توفر LOFAR معلومات جديدة حول قوة وهيكل الحقل المغناطيسي المجري والآليات التي تسرع الجزيئات إلى أسرع بكثير من سرعة الضوء.

كما كشف المسح عن انبعاث راديوي من بقايا غير معروفة سابقاً، مما يوسع مخزوننا من هذه الأجسام المهمة ويساعد علماء الفلك على فهم أفضل لمعدل وتوزيع الانفجارات النجمية في درب التبانة.

النظر إلى الأمام

يمثل الإصدار الحالي الإصدار البيانات الرئيسي الثاني فقط من مشروع مسح مفاتيح العلوم LOFAR. ستذهب الإصدارات المستقبلية أعمق وتغطي سماء أكثر، مع الهدف النهائي لإحصاء كامل للسماء الراديوية منخفضة التردد المرئية من أوروبا. وفي الوقت نفسه، سيمتد مصفوفة الكيلومتر المربع المخطط لها (SKA)، قيد الإنشاء حالياً في أستراليا وجنوب أفريقيا، هذا النوع من المسح إلى السماء بأكملها بحساسية أكبر.

في الوقت الحالي، فهرس 13.7 مليون مصدر يقف كنصب تذكاري لما يمكن لعلم الفلك الراديوي الحديث أن ينجزه. إنها ليست مجرد خريطة - إنها طريقة جديدة لرؤية الكون، واحدة تكشف العمليات العنيفة والمغناطيسية والنشطة التي تشكل المجرات والويب الكوني عبر مليارات السنوات من التاريخ الكوني.

هذه المقالة مستندة إلى تقرير من Space.com. اقرأ المقالة الأصلية.