ستاره‌شناسان بزرگ‌ترین نقشه‌ جهان را منتشر کردند

تیمی بزرگ از دانشمندان پس از هفت ماه کار با ابزار طیف‌سنج انرژی تاریک (DESI)، توانستند بخش بزرگی از کیهان را نقشه‌برداری کنند که بزرگ‌تر از نقشه‌های سه‌بعدی پیشین است. ازآنجاکه این پژوهش در آغاز راه پنج‌ساله‌ی خود است، قطعاً نتایج بهتری به دست خواهند آمد.

DESI شبکه‌ی کیهانی چشم‌نوازی شامل بیش از ۷/۵ میلیون کهکشان را نقشه‌برداری کرده است و این تعداد می‌تواند به ۴۰ میلیون کهکشان هم برسد. این ابزار با سرمایه‌گذاری وزارت انرژی ایالات متحده‌ی آمریکا روی تلسکوپ ۴ متری نیکولاس یو مایال (Nicholas U. Mayall) در رصدخانه‌ی ملی کیت پیک در نزدیکی توسکان آریزونا نصب شده است و مجموعه‌ای از فاصله‌های دقیق کهکشان‌ها از زمین و نور منتشرشده در طیف طول موج‌های مختلف را اندازه‌گیری می‌کند. این تلسکوپ ۱۴ هزار درجه‌ی مربع را پوشش می‌دهد که شامل یک سوم آسمان است. داده‌های این تلسکوپ به دانشمندان در بررسی انبساط جهان کمک خواهند کرد. جولیان گای، دانشمند پروژه‌ی DESI در آزمایشگاه ملی برکلی لاورنس، دراین‌باره می‌گوید:

این پژوهش ماجراجویی جذابی است که با وجود دنیاگیری کرونا توانستیم آن را انجام دهیم. البته مجبور بودیم به‌مدت چند ماه فعالیتمان را متوقف کنیم و مجددا کارها را از سر بگیریم. امروزه، پردازش داده‌ها و رصدها به‌شکل خودکار درآمده‌اند. دانشمندان هر روز صبح داده‌های نزدیک به ۱۰۰ هزار کهکشان را دریافت می‌کنند که در طول شب جمع‌آوری شده‌اند.

جیسون رودز، دانشمند پژوهشی آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا در پاسادنا و یکی از پژوهشگران نقشه‌برداری از کهکشان‌های جهان آغازین، بیان می‌کند:

عملکرد این ابزار و طراحی خوب آن برای اندازه‌گیری فاصله‌ی کهکشان‌ها شگفت‌انگیز است. این دستگاه به‌شکل فوق‌العاده‌ای برای برداشت داده‌ها مناسب است کاری که در دو دهه‌ی گذشته بسیار دشوار بود.

نقشه‌ی دیجیتالی Sloan از آسمان (چپ) و ابزار طیف‌سنج انرژی تاریک (راست) زمانی که نیمی از عمر جهان گذشته بود، نور منتشرشده از جهان را ثبت کرده‌اند.

DESI درواقع شامل دستگاه‌های متعددی است که درون گنبد ۱۴ طبقه‌ای تلسکوپ نصب شده‌اند. صفحه‌ی کانونی مدور نزدیک به بالای گنبد قرار دارد و شامل ده تیغه است که هر کدام مجهز به ۵۰۰ ربات کوچک هستند. این دستگاه‌ها نقشه‌نگاری کهکشانی را امکان‌پذیر می‌سازند: ۵۰۰۰ موتور روباتیک در اندازه‌ی مداد به موقعیت‌یابی فیبرهای نوری و قرارگیری آن‌ها در ناحیه‌ای ۱۰ میکرونی کمک می‌کنند که ضخامتی کمتر از یک تار موی انسان دارد. بدین‌ترتیب، ابزار می‌تواند به‌صورت یکجا داده‌های دقیقی را از ۵۰۰۰ کهکشان تهیه کند. درمقابل، در ابزارهای پیش از DESI مثل نقشه‌ی آسمان دیجیتال Sloan که روی تلسکوپی در جنوب نیومکزیکو قرار دارد، دانشمندان مجبور هستند برای هر اندازه‌گیری به‌صورت دستی حفره‌هایی در صفحه‌ی آلومینیومی دایره‌ای در فوکوس تلسکوپ ایجاد کنند و برای رصد هر کهکشان فیبرهای کوچکی را وصل کنند.

طیف‌سنج‌های DESI در قسمت پایین تلسکوپ قرار دارند. این طیف‌سنج‌ها نور هر کهکشان را به طیف کاملی از رنگ‌ها تجزیه می‌کنند. بدین‌ترتیب، امکان اندازه‌گیری «انتقال به سرخ» یا redshift کهکشان فراهم می‌شود که با استفاده از آن می‌توان فاصله‌ی کهکشان‌ها را اندازه‌گیری کرد (با انبساط جهان، نور منتشرشده از اجرام دور از زمین به‌دلیل طول موج طولانی‌تر به رنگ قرمز متمایل می‌شود).

گای و تیم او با داده‌های موجود می‌توانند ساختارهای شبکه‌مانند و پیچیده‌ی کهکشان‌هایی را رصد کنند که فاصله‌ی آن‌ها می‌تواند به ۱۰ میلیارد سال نوری هم برسد درواقع، نوری که از اجرام دریافت می‌کنند، مربوط به زمانی است که عمر جهان کمتر از نیمی از عمر فعلی آن بود.

وقتی در آسمان شب شفاف به آسمان نگاه کنید می‌توانید گستره‌ی کاملی از راه شیری را با اسکن کل آسمان ببینید. به‌طور مشابه، DESI هم تنها با نقشه‌نگاری سیستماتیک از تعداد زیادی از کهکشان‌ها در ناحیه‌ی وسیعی از آسمان شب، ابرساختارهای کهکشانی را آشکار می‌کند.

سیتی اسکن سه‌بعدی DESI از جهان. زمین در پایین سمت چپ قرار دارد و زاویه‌ی دید به صورت‌های فلکی سنبله، مار و هرکول را در فواصل‌ بیش از ۵ میلیارد سال نوری نشان می‌دهد. با جلورفتن ویدئو، زاویه‌ی دید ۲۰ درجه به‌سمت صورت‌های فلکی گاوران و اکلیل شمالی حرکت می‌کند. هر نقطه‌ی رنگی نشان‌دهنده‌ی یک کهکشان است که خود از صدمیلیارد تا یک‌تریلیون ستاره تشکیل شده است. گرانش هم کهکشان‌ها را به ساختارهایی به نام شبکه‌ی کیهانی تبدیل می‌کند که شامل خوشه‌های متراکم، رشته‌ها و فضاهای خالی هستند.

گای می‌افزاید: «این پروژه هدف علمی مشخصی دارد: اندازه‌گیری دقیق سرعت انبساط جهان.» وی به انرژی تاریک اشاره می‌کند؛ چیزی اسرارآمیز و درعین‌حال فراگیر که نزدیک به ۷۰ درصد جهان را تشکیل می‌دهد و عامل انبساط سریع‌تر آن است. گای و همکاران او امیدوار‌‌ند به ماهیت واقعی انرژی تاریک پی ببرند. نقشه‌ی آن‌ها یکی از مسائل نوظهور اخترفیزیک را نیز حل خواهد کرد؛ وراکه دانشمندان با اندازه‌گیری سرعت جهان نزدیک (جهان در سن فعلی) و اندازه‌گیری سرعت انبساط جهان آغازین (جهان نوزاد) به پاسخ‌های متفاوتی می‌رسند. هیچ‌کس نمی‌داند چگونه این تفاوت را توصیف کند؛ اما اگر DESI چگونگی تکامل انرژی تاریک را نشان دهد به حل این مسئله کمک خواهد کرد.

گای و تیم او می‌خواهند در سال ۲۰۲۳ اولین داده‌های DESI را منتشر کنند. این مجموعه‌ی عظیم داده‌ها به دانشمندان در بررسی میلیون‌ها کهکشان کمک می‌کند و هم‌زمان ابزارهای یادگیری ماشین و آماری جدیدی توسعه می‌یابند. شرلی هو، کیهان‌شناس مؤسسه‌ی فلاتیرون در شهر نیویورک و پژوهشگر سابق نقشه‌ی آسمان دیجیتال Sloan، درباره‌ی این موضوع می‌گوید:

درباره‌ی کارهایی که هوش مصنوعی یا یادگیری عمیق می‌تواند با حجم زیادی از داده‌ها انجام دهد، کنجکاو هستم. با این فناوری‌ها، می‌توانیم به یافته‌های غیرمنتظره‌ای برسیم.

تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومان هم قرار است در سال ۲۰۲۷ پرتاب شود. هر دو تلسکوپ مجهز به ابزارهایی برای اندازه‌گیری فاصله‌ و طیف کهکشان‌ها در نقاط عمیق‌تر جهان هستند. رودس می‌گوید:

هر دو تلسکوپ یوکلید و رومان برای بررسی جهان روی DESI حساب می‌کنند. این تلسکوپ‌ها براساس داده‌های DESI به شیوه‌ای جذاب عمل خواهند کرد.

برای هو، DESI و دیگر نقشه‌های کیهانی عظیم یادآوری کوچک‌بودن بشر در جهان هستند. او می‌گوید:

این حقیقت که می‌توانیم تعداد زیادی از کهکشان‌ها را ببینیم، دستاورد بزرگی است؛ اما هرکدام از این کهکشان‌ها میلیاردها ستاره دارند و هرکدام از این ستاره‌ها ممکن است منظومه‌ای شبیه به ما داشته باشند. معتقدم این تجربه‌ی متواضعانه‌ای است که نشان می‌دهد ما تا چه اندازه بی‌اهمیت هستیم.