كشفت وكالة الفضاء الأوروبية عن أول مجموعة رئيسية من البيانات التي جمعها تلسكوبها الفضائي "إقليدس" وتتضمن رصد أكثر من مليار جرم سماوي، في خطوة تمهد لبناء واحدة من أضخم الخرائط ثلاثية الأبعاد للكون وأكثرها تفصيلاًً، بهدف كشف أسرار المادة المظلمة والطاقة المظلمة اللتين تتحكمان في جانب كبير من تطوره.
وقالت الوكالة إن البيانات الجديدة تغطي مساحة من السماء تعادل نحو 9500 مرة مساحة القمر المكتمل كما يٌرى من الأرض، وتمثل حصيلة نحو 13 شهراً من عمليات الرصد، في أول إصدار رئيسي لبيانات المهمة منذ إطلاق التلسكوب في منتصف عام 2023.
ويحمل الإصدار اسم "DR1-Foundation" ويضم صوراً فائقة الدقة وقياسات طيفية وخرائط بانورامية واسعة للسماء، إلى جانب فهارس لمئات الملايين من الأجرام السماوية، بما يوفر للعلماء قاعدة معلومات غير مسبوقة لدراسة توزيع المجرات وتطور البنية الكونية على مدى مليارات السنوات.
وقالت مديرة العلوم في وكالة الفضاء الأوروبية كارول مونديل إن أهمية هذه البيانات تتجاوز الصور المذهلة التي التقطها التلسكوب، معتبرة أن إصدارها يمثل محطة علمية بارزة في دراسة الكون، ويؤسس لاكتشافات مستقبلية في مرحلة جديدة من علم الفلك، كما يعكس قدرات التكنولوجيا الأوروبية والتعاون العلمي الدولي.
أكبر مسح فضائي من نوعه
يغطي الإصدار الجديد نحو 1900 درجة مربعة من السماء، ويحتوي على ما يقارب 1.7 مليون جيجابايت من البيانات، وتسمح هذه الكمية الضخمة للباحثين بدراسة أعداد هائلة من المجرات والظواهر النادرة التي كان يصعب العثور عليها باستخدام المسوحات السابقة.
ويتميز "إقليدس" بقدرته على الجمع بين اتساع مجال الرؤية ودقة التصوير، إذ يعمل خارج الغلاف الجوي للأرض، بعيداً عن الاضطرابات التي تشوش الصور، وتضعف الضوء الواصل إلى التلسكوبات الأرضية. ويتيح ذلك رصد مناطق واسعة من السماء في الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة.
وقالت الباحثة المسؤولة عن مشروع "إقليدس" في وكالة الفضاء الأوروبية، فاليريا بيتورينو إن الإصدار يمثل قفزة كبيرة مقارنة بالبيانات السابقة التي اقتصرت على أرصاد استمرت أياما قليلة، وغطت نحو 60 درجة مربعة من السماء، بينما يتيح الإصدار الحالي دراسة بيانات تراكمت خلال أكثر من سنة.
وأضافت أن هذا التوسع الكبير في المساحة المرصودة وعدد الأجرام المكتشفة يفتح المجال أمام أبحاث لم تكن ممكنة من قبل، خاصة المتعلقة بالأجسام النادرة والتوزيع الواسع للمادة في الكون.
تتمثل المهمة الأساسية للتلسكوب في محاولة فهم طبيعة ما يعرف بـ "الكون المظلم"، الذي يشمل المادة المظلمة والطاقة المظلمة، وهما مكونان لا يستطيع العلماء رصدهما مباشرة بالوسائل التقليدية، لكنهم يستدلون على وجودهما من آثارهما في حركة المجرات وتوزيع المادة ومعدل تمدد الكون.
فالمادة المظلمة لا تصدر ضوءاً يمكن رصده مباشرة، لكنها تمارس تأثيراً جاذبياً يساعد على تفسير كيفية تماسك المجرات والعناقيد المجرية. أما الطاقة المظلمة فهي الاسم الذي يطلقه العلماء على المكون المجهول المرتبط بتسارع تمدد الكون.
ويهدف "إقليدس" إلى دراسة تطور هذه الظواهر عبر رسم خريطة لتوزيع مليارات المجرات على مسافات تصل إلى نحو 10 مليارات سنة ضوئية، بما يسمح بمقارنة البنية الكونية في مراحل مختلفة من تاريخ الكون.
والسنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء خلال سنة كاملة، وتساوي نحو 9.46 تريليون كيلومتر.
ويعتمد العلماء في ذلك على دراسة ما يعرف بـ"الشبكة الكونية" وهي بنية هائلة تتوزع فيها المجرات على خيوط وعقد مترابطة، تفصل بينها مناطق واسعة منخفضة الكثافة.
وتتكون هذه الشبكة في جانب كبير منها من المادة المظلمة، بينما تتجمع المجرات والغازات في المناطق التي تزداد فيها كثافة المادة تحت تأثير الجاذبية.
ومن خلال تتبع هذه البنية عبر الزمن، يأمل الباحثون في فهم كيفية تشكل المجرات والعناقيد، واختبار النظريات التي تصف الجاذبية والتمدد الكوني.
ومن أبرز نتائج الإصدار الجديد تحديد نحو 15 ألف نظام مرشح لما يعرف بـ "عدسات الجاذبية القوية"، وهي ظاهرة تحدث عندما تؤدي جاذبية مجرة قريبة نسبياً إلى انحناء الضوء القادم من مجرة أبعد منها، فتظهر صورتها مشوهة أو مكبرة، وقد تتخذ شكل أقواس أو حلقات ضوئية.
وتعد هذه الظاهرة من الأدوات المهمة لدراسة المادة المظلمة، لأنها تسمح للعلماء بتقدير الكتلة الإجمالية للمجرات، بما يشمل المكونات غير المرئية.
وقالت الباحثة في جامعة بورتسموث البريطانية وعضو اتحاد إقليدس، ناتالي لاينز إن عدسات الجاذبية القوية توفر وسيلة فريدة لقياس كتل المجرات ودراسة كيفية تمدد الكون.
وأضافت أن العلماء توقعوا قبل أكثر من 10 سنوات أن يغير التلسكوب جذرياً طريقة اكتشاف هذه الظاهرة.
ويضم الإصدار الجديد أكبر فهرس لمرشحات عدسات الجاذبية القوية جرى تجميعه حتى الآن، متجاوزاً في حجمه الفهارس السابقة مجتمعة، بحسب الوكالة.
وساعدت تقنيات التعلم الآلي وآلاف المتطوعين المشاركين في مشروع "سبيس ووربس" عبر منصة "زونيفرس" على فحص الصور واكتشاف هذه الأنظمة النادرة، التي لا تظهر سوى في نسبة ضئيلة من المجرات.
وتكمن أهمية هذه النتائج في أن الأنظمة المرشحة رصدت بالتلسكوب نفسه وبطريقة متجانسة، ما يتيح دراستها إحصائياً ومقارنتها، بدلاً من الاعتماد على اكتشافات فردية متناثرة.
وتتضمن البيانات أكثر من 60 مليون جرم مرشح لأن يكون "نجماً زائفاً"، وهو الاسم المستخدم لوصف نواة مجرة شديدة السطوع تستمد طاقتها من المادة المتدفقة نحو ثقب أسود فائق الكتلة في مركزها.
وتعد النجوم الزائفة (الكوازارات) من ألمع الأجرام في الكون، ويمكن رصد بعضها على مسافات هائلة، ولذلك يستخدمها العلماء لدراسة المراحل المبكرة من نشأة المجرات ونمو الثقوب السوداء.
وأوضحت وكالة الفضاء الأوروبية أن "إقليدس" رصد "كوازارات" شديدة القدم يعود الضوء الصادر عنها إلى حقبة لم يكن عمر الكون فيها يتجاوز نحو 5% من عمره الحالي.
وتتيح هذه الأرصاد للعلماء دراسة كيفية تشكل الثقوب السوداء الضخمة ونموها في وقت مبكر من التاريخ الكوني، رغم أن الأجرام الواردة في الإصدار والبالغ عددها 60 مليوناً، لا تزال مرشحات تحتاج إلى مزيد من الفحص لتأكيد طبيعتها.
ولا تكفي الصور وحدها لبناء خريطة ثلاثية الأبعاد للكون، لأنها تظهر مواقع المجرات في السماء دون تحديد المسافة الفاصلة بينها وبين الأرض بدقة.
ولذلك يستخدم "إقليدس" تقنية التحليل الطيفي، التي تعتمد على تفكيك الضوء القادم من الأجرام السماوية إلى أطواله الموجية المختلفة، بطريقة تشبه تفريق المنشور الزجاجي لضوء الشمس إلى ألوان الطيف.
ويحتوي الضوء على بصمات مميزة للعناصر الكيميائية، ويمكن من خلال قياس مقدار انزياح هذه البصمات نحو اللون الأحمر تقدير المسافات الكونية، بالاستعانة بالنماذج التي تصف تمدد الكون.
ويضم الإصدار الجديد أطيافاً لأكثر من 160 مليون مصدر ضوئي، سيبحث العلماء فيها عن إشارات مميزة، بينها الضوء الصادر عن غاز الهيدروجين في مناطق تشكل النجوم داخل المجرات البعيدة.
ويساعد تحديد المسافات على وضع المجرات في مواقعها ثلاثية الأبعاد، ورسم الشبكة الكونية التي تربط بينها، ثم دراسة كيفية تغير توزيع المادة مع مرور الزمن.
وتوفر البيانات كذلك معلومات عن العناقيد المجرية، وهي تجمعات ضخمة تضم أعداداً كبيرة من المجرات ترتبط ببعضها بفعل الجاذبية.
وقالت الباحثة في مختبر "J. -L. Lagrange" الفرنسي، باربرا سارتوريس إن التلسكوب لا ينظر إلى مراحل بعيدة من التاريخ الكوني فحسب، بل يفعل ذلك عبر مساحات شاسعة من السماء، ما يتيح دراسة عينات كبيرة من العناقيد القديمة التي كان يصعب الوصول إليها سابقاً.
وتشمل الأرصاد تجمعات مجرية في مراحل مبكرة من التشكل، فضلاً عن الضوء الخافت المنتشر بين المجرات داخل بعض العناقيد، والذي يمكن أن يكشف آثار تفاعلات واندماجات قديمة، ويساعد على تتبع توزيع المادة.
ويأمل العلماء أن تسهم هذه القياسات في إعادة بناء تاريخ نمو العناقيد، وفهم تأثير الجاذبية والمادة المظلمة في تشكل أكبر البنى المرتبطة بالجاذبية في الكون.
ورغم الحجم الهائل للإصدار، إلا أنه لا يغطي سوى نحو 14% من إجمالي مساحة السماء التي يعتزم "إقليدس" مسحها خلال مهمته.
ومن المقرر أن يصدر الجزء الكامل الأول من البيانات، المعروف باسم "DR1" في منتصف عام 2027، متضمناً قياسات إضافية لظاهرة "عدسات الجاذبية الضعيفة" التي تظهر على هيئة تشوهات طفيفة في أشكال أعداد كبيرة من المجرات.
وتكتسب هذه القياسات أهمية خاصة؛ لأنها تسمح برسم خرائط إحصائية لتوزيع المادة، بما فيها المادة المظلمة، على نطاقات كونية واسعة.
وأكدت "بيتورينو" أن البيانات الجديدة تشمل الصور المعايرة والقياسات الطيفية والفهارس والمعلومات الأولية، بما يمنح الباحثين فرصة لاكتشاف أجرام نادرة ودراسة البنية الكبرى للكون بتفاصيل غير مسبوقة.
ومع أن الإصدار لا يقدم حتى الآن إجابة حاسمة عن طبيعة المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة، فإنه يضع بين أيدي العلماء واحدة من أوسع قواعد البيانات الفلكية التي جمعت من الفضاء، ويمهد لاختبارات أكثر دقة للنظريات التي تفسر نشأة الكون وتطوره ومصيره.
