كيف ترينا التليسكوبات اللاسلكيّة المجرات الغير مرئية

إن كوننا غريب، رائع و متسع، كما تقول عالمة الفضاء ناتاشا هيرلي- ووكر. لا يمكن أن تأخذك مركبة فضاء إلى العمق (بعد) ... ولكن يمكن أن يقوم تلسكوب راديوي بذلك. في هذا الحديث المبهر، المليء بالصور تستعرض هيرلي-ووكر كيف تتفحص غرائب كوننا باستخدام تكنولوجيا خاصة تستطيع إظهار طيف الضوء الذي لا نستطيع رؤيته.

الفضاء، الحدود النهائية.

سمعت هذه الكلمات لأول مرة عندما
كنت في السادسة من عمري،

وكنت في غاية الإلهام حينها.

أردت اكتشاف عوالم جديدة وغريبة.

أردت البحث عن حياة جديدة.

أردت رؤية كل شيء يستطيع الكون إظهاره لنا.

وتلك الأحلام، تلك الكلمات، أخذتني في رحلة.

رحلة اكتشاف،

عبر المدرسة، عبر الجامعة،

لأنجز مرحلة الدكتوراه وأصبح أخيراً
خبيرة في علم الفلك.

الآن، تعلمت شيئين رائعين جداً،

أحدهما مؤسف قليلاً،

بينما كنت أحضر لشهادة الدكتوراه.

تعلمت بأن الحقيقة كانت

أنني لن أقوم بقيادة مركبة
فضائية في المستقبل القريب.

ولكنني تعلمت أيضاً أن الكون
غريب، رائع وشاسع،

وفي الحقيقة واسع جداً على أن يتم
اكتشافه من خلال مركبة فضائية.

لذا وجهت اهتمامي إلى علم الفلك، وإلى
الاستكشاف من خلال التلسكوبات.

الآن، أقدم لكم صورة لسماء الليل.

وبإمكانكم رؤية هذا المنظر أينما كنتم.

وكل هذه النجوم ليست إلا جزءاً من مجرتنا،
مجرة درب التبانة.

الآن، إن أمكنك الذهاب إلى
موقع أكثر ظلمة من السماء.

إلى موقع جميل ومظلم، ربما في الصحراء،

قد تتمكن من رؤية مركز مجرة درب التبانة

منتشرة أمامك، مئات المليارات من النجوم.

وهو منظر في غاية الروعة.

منظر يعج بالألوان.

ومن جديد، هذا المنظر ليس إلا
زاوية محدودة لكوننا.

وباستطاعتكم ملاحظة الغبار
المظلم الغريب عبرها.

الآن، هذا غبار داخل المجال

يعمل على حجب الضوء المنبعث من النجوم.

ولكن يمكننا القيام بعمل جيد

ومن خلال أعيننا وحسب، يمكننا
استكشاف زاويتنا الصغيرة من الكون.

وممكن القيام بما هو أفضل.

باستطاعتكم استخدام تلسكوبات رائعة جداً
مثل تلسكوب هابل الفضائي.

الآن، قام علماء الفلك بتجميع هذه الصورة.

والمطلق عليها اسم حقل هابل العميق،

وقاموا باستنزاف الآلاف من الساعات في
مراقبة بقعة صغيرة جداً من السماء

لا تتجاوز مساحة ظفر إبهام
اليد من مسافة ذراع.

وفي هذه الصورة،

باستطاعتكم رؤية الآلاف من المجرات،

ونحن نعلم أن لا بد من وجود مئات الملايين،
أو مئات المليارات من المجرات

داخل الكون بأكمله،

بعضها مشابة لمجرتنا وبعضها مختلف عنها.

لذا ستعتقدون، حسناً، إذاً،
أستطيع أن أكمل هذه الرحلة

وهذا أمر سهل، إذ باستطاعتي
استخدام تيلسكوب قوي جداً

والنظر من خلاله إلى السماء، لا مشكلة.

إذا قمت بذلك وحسب
تكون قد تجاهلت شيئاً بارزاً.

الآن، بسبب أن كل ما قمت بذكره
يستخدم إلى حد كبير

المجال المرئي، فإن الأمور التي
باستطاعة أعينكم رؤيتها فقط،

وتلك الشريحة الصغيرة جداً،

هي شريحة صغيرة جداً جداً
مما يمكن للكون أن يعرضه.

الآن، هناك مشكلتين مهمتين جداً
في استخدام الضوء المرئي.

ليس فقط فقد جميع العمليات الأخرى

التي تصدر أنواع مختلفة من الضوء،

ولكن هناك مشكلتان.

الآن، المشكلة الأولى هي الغبار
الذي تحدثت عنها سابقاً.

إذ يقوم الغبار على منع الضوء المرئي
من الوصول إلينا،

لذا فكلما أصبح مجال مراقبتنا للكون أعمق،
كلما أصبحت رؤية الضوء أقل.

إذ يمنعه الغبار من الوصول إلينا.

لكن هناك مشكلة غريبة للغاية في استخدام
الضوء المرئي

من أجل محاولة استكشاف الكون.

الآن خذوا راحة لدقيقة.

فلنقل أنكم واقفون عند زاوية ما،
زاوية لشارع مكتظ.

وهناك سيارات تمر.

واقتربت منكم مركبة إسعاف.

بصفارة إنذار لها تردد مرتفع.

(تقليد لمرور صفارة الإنذار)

نستطيع ملاحظة التغير في صوت صفارة الإنذار

بينما تقترب وتبتعد عنكم،

لم يقم سائق مركبة الإسعاف بتغيير الصوت
فقط لأجل العبث معكم،

إذ لم يكن ذلك سوى نتيجة لإدراككم.

الموجات الصوتية، وبينما كانت مركبة
الإسعاف تقترب منكم

تم ضغطها،

وتغيرت إلى ترددات مرتفعة

ومع ابتعاد مركبة الإسعاف،
تتمدد الموجات الصوتية،

وتصبح ذات تردد منخفض.

يحدث الأمر ذاته مع الضوء.

فالأشياء التي تتحرك نحونا،

موجاتها الضوئية تضغط ويظهر لونها
أكثر زرقة.

والأشياء التي تتحرك بعيداً عنا،

موجاتها الضوئية تتمدد ويظهر لونها
أكثر احمراراً.

نطلق على هذه التأثيرات التحول الأزرق
والتحول الأحمر.

الآن، يستمر كوننا في التمدد،

لذا فجميع الأشياء تبتعد عن بعضها البعض،

ويعني ذلك أن جميع الأشياء
تبدو حمراء اللون.

والأكثر غرابة، هو أنكم كلما نظرتم
أعمق وأعمق في الكون،

فالأشياء الأكثر بعداً تنطلق
بشكل أبعد وأسرع،

ولذلك تبدو أكثر احمراراً.

لذا إذا عدت إلى حقل هابل العميق

وواصلنا التحديق بشكل أعمق في الكون

ومن خلال استخدام تيليسكوب هابل،

فعندما نصل إلى مسافة معينة،

يصبح كل شيء أحمر اللون.

وهذا الأمر جزء من المشكلة،

وفي النهاية، سنصل إلى مسافة بعيدة جداً

يتحول كل شيء إلى الأشعة تحت الحمراء

وعندها لن نستطيع رؤية شيء.

لذا وجب وجود حل لهذا الأمر.

وإلا، سأكون مقيدة في رحلتي.

أردت استكشاف الكون كله،

ليس فقط ما هو باستطاعتي رؤيته،
كما تعلموا، قبل حدوث التحول الأحمر.

هناك تقنية.

تسمى تقنية علم الفضاء الراديوي.

وقد استخدم علماء الفلك هذه التقنية لعقود.

وإنها بالفعل لتقنية رائعة.

سأعرض عليكم تليسكوب باركيس الريديوي،
والمعروف وبشكل ودي باسم "الطبق".

على الأرجح أنكم قمتم بمشاهدة الفيلم.

والراديو شيء غاية في الروعة.

إذ يمكننا من التحديق بعيداً في الكون.

ولا يمكن للغبار إيقافه،

لذا فبإمكانكم رؤية كل شيء في الكون،

وأصبحت مشكلة التحول الأحمر أقل أهمية

لأنه باستطاعتنا بناء مستقبلات
تتلقى موجات على نطاق واسع جداً.

إذا ما الذي يستطيع تليسكوب باركيس رؤيته
عند توجيهه نحو مركز مجرة درب التبانة؟

وجب أن نرى شيئاً رائعاً للغاية، صحيح؟

حسناً، نرى بالفعل شيئاً مثير للإعجاب.

اختفى كل ذلك الغبار.

وكما ذكرت آنفاً، الموجات اللاسلكيّة
لا يعيقها الغبار، لذا لا توجد مشكلة.

لكن المنظر مختلف تماماً.

باستطاعتنا رؤية أن مركز درب التبانة متوهج،

وهذا ليس ضوء النجوم.

يسمى هذا الضوء الناتج بالإشعاع
السنكروتروني،

وهو ناتج عن الإلكترونات المتصاعدة
حول المجالات الكونية المغناطيسية.

وبالتالي فالصورة متوهجة بهذا الضوء.

ونستطيع رؤية حزم ضوئية غريبة منبثقة منه،

وأجسام غير مُنَظمة كما يبدو،

مع أي شيء يمكننا رؤيته من خلال أعيننا.

لكن من الصعب تفسير هذه الصورة،

لأنكم وكما ترون فدقتها منخفضة جداً.

إذ أن للموجات اللاسلكيّة
أطوال موجية طويلة،

مما يخفض من دقتها.

كما أن هذه الصورة بالأبيض والأسود،

لا قدرة لنا على معرفة الألوان الحقيقية
للأشياء هناك.

لنتحدث عن الحاضر،

باستطاعتنا بناء تلسكوبات

باستطاعتها حل هذه المشاكل.

الآن، أعرض عليكم صورة لمرصد
مرشيسون اللاسلكي،

مكان رائع لبناء التلسكوبات اللاسلكيّة.

مكان مسطح، وجاف،

والأهم من ذلك، بعيد عن التأثيرات
اللاسلكيّة:

لا هواتف نقالة،
لا شبكات واي فاي، لا شيء.

مكان بعيد جداً عن أي تشويش
أو تأثير اللاسلكي،

لذلك فهو مكان رائع لبناء تيليسكوب اللاسلكي.

الآن، التيليسكوب الذي عملت عليه لعدة سنوات

يسمى مرشيستون مصفوفة الحقل الواسع،

وسأعرض لكم فيديو قصير عن كيفية صنعه.

هذه مجموعة طلاب في المرحلة الجامعية
والدراسات العليا

في مدينة بيرث، أستراليا.

نطلق عليهم لقب جيش الطلاب.

تتطوعوا بوقتهم لبناء تيليسكوب لاسلكي.

رغم عدم وجود اعتمادات أكاديمية لذلك.

وكانوا يضعون هذه الأقطاب
الراديو الثنائية معاً.

ويستقبلون الترددات المنخفظة فقط مثل
ترددات المذياع أو التلفزيون

وهنا ننشرها في الصحراء.

التلسكوب النهائي غطى 10 كيلومترات مربعة،

من غربي الصحراء الأسترالية.

والشيء الهام أنه ليس هناك أي أجزاء متحركة.

ننشر فقط هذه الهوائيات الصغيرة

بالتحديد على شبكات الدواجن.

إنه رخيص جداً.

تأخذ الكيبلات الإشارات

من المستقبلات

وترسلها إلى وحدة المعالجة المركزية.

وهذا هو حجم التلسكوب،

الحقيقة أننا أقمناه فوق الصحراء بكاملها

والتي أعطتنا دقة أفضل من باركيس.

الآن، كل هذه الكيبلات تحضر المعلومات
بالوحدة

وترسلها لحاسوب عملاق في بيرث

وهنا يبدأ عملي.

(تنهد)

بيانات الراديو.

أمضيت السنوات الخمس الأخيرة

بالعمل ببيانات صعبة ومهمة للغاية

لم يكن لأحد القدرة على النظر إليها من قبل.

أمضيت وقتاً طويلاً في معايرتها

بتشغيل ملايين الساعات لوحدة
المعالجة المركزية على الحواسيب العملاقة

وحاولت بجد أن أفهم هذه البيانات

وبهذا التليسكوب،

بهذه البيانات،

قمنا بعمل مسح كامل للسماء الجنوبية،

المجرية وفوق المجرية، كل السماء

أو جليم، كما أدعوها.

و أنا مستمتعة جداً.

هذا الدراسة على وشك أن تنشر
ولكنها لم تعرض بعد

فأنتم حرفياً أول الأشخاص

الذين يرون هذه الدراسة للسماء الأسترالية
بأكملها

لذا أنا مسرورة لمشاركتكم
بعض هذه الصور من هذه الدراسة.

الآن، تخيلوا أنكم ذهبتم إلى مرشيستون،

وخيّمتم تحت النجوم

ونظرتم نحو الجنوب.

سترون القطب السماوي الجنوبي،

سترتفع المجرة.

إذا أُخفتت أضواء الراديو،

هذا ما لاحظناه من مسحنا هذا.

يمكن أن ترى المستوى المجري
لم يعد مظلمًا بالغبار.

بل مليء بالترددات السينكرونية،

وآلاف النقاط في السماء.

سحابة ماجلان الكبرى، جارنا المجري الأقرب،

برتقالي اللون بدلاً من لونه الأصلي
الأزرق و الأبيض

الكثير يحدث في هذا الموضوع.
دعونا نأخذ نظرة عن قرب عنه.

إذا نظرنا مرة أخرى باتجاه المركز المجري،

نرى الآن صورة باركيس
التي عرضتها سابقاً،

دقتها منخفضة، أسود و أبيض،

تختفي بظهور بريق،

يمكن أن ترى أن الدقة تضاعفت
مئات المرات.

يمكن أن نرى رؤية ملونة للسماء،

بالألوان الطبيعية.

الآن، هذا ليس لون خاطئ.

هذه ألوان راديوية حقيقية.

ما فعلت هو أني لوّنت الترددات
المنخفضة بالأحمر

والترددات العالية بالأزرق،

والترددات المتوسطة بالأخضر.

وهذا ما أعطانا هذه الصورة الملونة.

وهذا ليس بلون خاطئ.

الألوان في هذه الصورة تخبرنا
عن الأحداث الفيزيائية

التي تحدث في الكون.

لذا فللحظة، إذا نظرت من خلال مستوى المجرة،

سنرى أنها منيرة بالسنكروترون.

وهو بالغالب برتقالي محمر،

لكن إذا نظرت عن قرب،
سترى نقاطًا صغيرةً زرقاء.

الآن، إذا قربنا الصورة،

هذه النقاط الزرقاء هي بلازما أيونية

حول النجوم الساطعة،

وما يحدث هو أنها تمتص اللون الأحمر،

لذا تبدو زرقاء.

وهذا يمكن أن يخبرنا عن أماكن تشكل النجوم

في مجرتنا.

ونراها مباشرة.

ننظر نحو المجرة، والألوان
فتخبرنا أنها هناك.

يمكننا أن نرى فقاقيع صابون صغيرة،

صورة دائرية صغيرة حول المستوى المجري،

تمثل المستعرات النجمية.

عندما تنفجر النجوم،

ينفجر غلافها الخارجي،

وتسافر خارجاً في الفضاء تجمع المواد،

وتنتج قشرة ضعيفة.

والتي كانت وما تزال تشكل غموضاً
لدى علماء الفلك

أين توجد كل بقايا المستعر الأعظم.

نحن نعلم أن هناك الكثير من الإلكترونات
ذات الطاقة المرتفعة في المستوى

التي تنتج التردد السينكروني الذي نراه،

ونعتقد أنها تنتج عن المستعرات النجمية،

ولكن يبدو أنها ليست كافية.

لحسن الحظ، جليم هي بحق جيدة
في اكتشاف المستعرات النجمية،

لذا نأمل بأن نحصل على ذلك قريباً.

الآن، هذا جيد.

فقد اكتشفنا كوننا المحلي الصغير،

لكن أريد أن أذهب أعمق من ذلك،
أريد أن أذهب أبعد.

أريد أن أذهب أبعد من مجرة درب التبانة.

حسناً، كما حدث، يمكننا أن نرى
أشياء مهمة في الزاوية اليمنى،

وهذه هي المجرة اللاسلكيّة المحلية،

قنطورس أ.

إذا قمنا بتكبير الصورة على ذلك،

يمكن أن نرى أن هناك عمودين
ضخمين يظهران في الفضاء

و إذا نظرت مباشرةً في المركز بين العمودين،

يمكن أن ترى مجرة تشابه مجرتنا.

إنها حلزونية. لديها خط غبار.

وهي مجرة عادية.

ولكن هذا التدفق ظاهر في الراديو.

وإذا نظرت في الضوء المرئي،
لن تدرك أنها هناك،

وهي أكبر بآلاف المرات من المجرة المضيفة

ما الذي يحدث؟ ما الذي ينتج هذه التدفقات؟

في مركز كل مجرة نعلم عنها

يوجد ثقب أسود عملاق.

الآن، الثقوب السوداء خفية.
ولهذا سميت بهذا الاسم

كل ما يمكن أن تراه هو تلاشي الضوء حولها،

وبالمناسبة، عندما يأتي نجم أو غيمة
من الغاز في المدار

فسوف تتفكك بواسطة قوى الشد والضغط

تشكل ما يسمى قرص التنامي.

قرص التنامي يلمع بشدة في الأشعة السينية،

ومجال مغناطيسي عملاق
يمكن أن يطلق المادة في الفضاء

بسرعة قريبة من سرعة الضوء.

لذا تظهر هذه الانبعاثات في الراديو

وهذا ما بدا لنا في دراستنا.

جيد، جيد جداً، لذا رأينا مجرة
لاسلكيّة واحدة، هذا لطيف.

ولكن إذا نظرت أعلى هذه الصورة،

سترى مجرة لاسلكيّة أخرى.

أصغر بقليل لأنها أبعد.

حسنا، مجرتان لاسلكيّتان.

يمكن أن نرى ذلك، هذا جيد.

حسناً، ماذا عن بقية النقاط؟

من المحتمل أنها مجرد نجوم.

إنها ليست كذلك.

فكلها مجرات لاسلكيّة.

كل واحدة من النقاط في هذه الصورة

هي مجرة بعيدة عنا.

ملايين المليارات من السنوات الضوئية بعيداً

ولديها ثقب أسود عملاق في المركز

ترسل موادًا في الفضاء بسرعة الضوء تقريباً.

إنه لأمر مدهش.

وهذه الدراسة أكبر مما أعرضه هنا.

إذا صغرنا الصورة للحدود النهائية للدراسة،

يمكن أن تراها حيث وجدت 300 ألف
من هذه المجرات اللاسلكيّة.

لذا فهي بحق رحلة بطولية.

لقد اكتشفنا كل هذه المجرات

حتى الثقب الأسود الأول

أنا فخورة بهذا وسيُنشر الأسبوع القادم.

هذا ليس كل شيء.

اكتشفت في هذه الدراسة المجرات البعيدة،

ولكن هناك شيء آخر في الصورة.

الآن، سآخذك إلى بداية الزمن

عندما تشكل الكون، كان الانفجار العظيم،

الذي ترك الكون كبحر من الهيدروجين،

الهيدروجين المتعادل.

وعندما تشكلت النجوم والمجرات الأولى،

قامت بتأيين ذلك الهيدروجين.

لذا فإن الكون تحول من متعادل إلى أيوني.

يرسل إشارات حولنا.

في كل مكان، تخترقنا،

مثل القوة.

الآن، لأن هذا حدث من زمن بعيد

فإن الإشارة قد سحبت باتجاه الأحمر،

الآن هذه الإشارة ذات تردد منخفض جداً.

مساوي لتردد دراستنا،

ولكنها باهتةٌ للغاية.

إنها جزء من مليار الأجسام موضوع دراستنا.

لذا تليسكوبنا قد لا يكون
حساس للغاية لالتقاط هذه الإشارة.

على أي حال، هناك تليسكوب لاسلكي جديد.

لذا لا أستطيع أن أمتلك مركبة فضائية،

لكن آمُل أن أمتلك

واحده من أكبر التليسكوبات في العالم.

نحن نبني المصفوفة الكيلومترية المربعة،
تلسكوب لاسلكي جديد،

ستكون أكبر بألف مرة
من مرشستون الحقل الواسع،

ألف مرة أدق ولديها دقة وضوح أعلى.

لذا يمكن أن نجد عشرات الملايين من المجرات.

وربما، تكون عميقةً في الإشارة،

سأنظر إلى أول النجوم والمجرات التي تكونت،

في بداية الزمان.

شكراً لكم.

(تصفيق)