تلسكوب شاندرا الفضائي: الكشف عن الكون غير المرئي

Send

مرصد تشاندرا للأشعة السينية هو تلسكوب ناسا الذي ينظر إلى الثقوب السوداء ، والنجوم الزائفة ، والمستعر الأعظم ، وما شابه ذلك - وجميع مصادر الطاقة العالية في الكون. يظهر جانبًا من الكون غير مرئي للعين البشرية.

بعد أكثر من عقد من الخدمة ، ساعد المرصد العلماء في إلقاء نظرة على الكون وهو يعمل. لقد شاهدت تصادم المجرات ، ولاحظت ثقبًا أسودًا مع رياح الإعصار الكونية ، ولمحت مستعر أعظم يحول نفسه إلى الداخل بعد انفجار.

كان التلسكوب - الذي وصف بأنه واحد من المراصد الكبرى في وكالة ناسا إلى جانب تلسكوب هابل الفضائي وتلسكوب سبيتزر ومرصد كومبتون غاما - أداة للعلاقات العامة للوكالة أيضًا. وكثيرا ما تستخدم وكالة ناسا صورها في البيانات الصحفية.

إحدى صور شاندرا الأكثر بروزًا هي ما يبدو أنه "يد" كونية تصل إلى سديم مشرق ، على الرغم من أن التفسير العلمي مختلف تمامًا. [صور: صور مذهلة بواسطة مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا]

تطوير شاندرا

يمثل علم الفلك بالأشعة السينية تحديًا خاصًا لأنك تحتاج إلى ترك الغلاف الجوي للأرض خلفًا لمراقبة الأشعة. كانت أول ملاحظات للأشعة السينية عابرة ، تحدث في رحلات صاروخية مدتها دقائق ، أو ربما لبضع ساعات في بالون الستراتوسفير.

في عام 1962 ، أرسل عالم الفلك الإيطالي الأمريكي ريكاردو جياكوني وفريقه صاروخًا مزودًا بكاشف الأشعة السينية عالياً واكتشفوا المصدر الأول للأشعة السينية النجمية. كان جياكوني حريصًا بشكل طبيعي على إجراء المزيد من البحوث.

بناءً على تصميمه ، أطلقت وكالة ناسا أول تلسكوب بالأشعة السينية: Uhuru ، والذي كان يُعرف أيضًا باسم القمر الصناعي الفلكي الصغير -1. بقيت في المدار لأكثر من عامين واكتشفت أولى علامات الثقب الأسود. طار أفكار أخرى لفريقه - مرصد آينشتاين - من 1978 إلى 1981. كان هذا أول تلسكوب بالأشعة السينية يمكنه التقاط الصور.

تعاون جياكوني ، وهو الآن سلطة راسخة في علم الفلك بالأشعة السينية ، مع هارفي تانانباوم من سميثسونيان لاقتراح مرصد أكثر قوة. ووفقًا لجامعة هارفارد ، فقد أُطلق عليها اسم مرفق الفيزياء الفلكية للأشعة السينية المتقدم ، وكان هدفها هو التقاط "صور عالية الدقة وأطياف لمصادر الأشعة السينية".

تم اقتراح التلسكوب لأول مرة في عام 1976. واستمر العمل في الثمانينيات ، وأعيد تشكيل التلسكوب في عام 1992 (عن طريق تقليل المرايا والأدوات) لتوفير المال وجعله مناسبًا للإطلاق بواسطة المكوك. قبل وقت قصير من إطلاقه ، أعيدت تسمية التلسكوب "شاندرا" على اسم الحائز على جائزة نوبل وعالم الفيزياء الفلكية صبراهمانيان تشاندراسيخار.

أطلق تشاندرا 23 يوليو 1999 ، من خليج الحمولة لمكوك الفضاء كولومبيا ، أكبر قمر صناعي أطلقه المكوك على الإطلاق. بعد ثماني ساعات فقط من وصول كولومبيا إلى الفضاء ، غادرت شاندرا مأوى المكوك وأطلقت الصواريخ. أدخل المراقبون عدة تعديلات على مدار شاندرا في الأيام القادمة.

عند الانتهاء ، كانت شاندرا في مدار بيضاوي حول الأرض تتراوح في أي مكان من حوالي 94040 ميل (16000 كيلومتر) إلى 82.650 ميل (133000 كيلومتر) من الأرض. في أوجها ، تشاندرا حوالي ثلث المسافة من الأرض إلى القمر. هذا يسمح لها بعمل ملاحظات لمدة 52 ساعة قبل أن تغفل عن هدفها.

أما جياكوني ، بطل تشاندرا القديم؟ وقد حصل على جائزة نوبل لعمله الرائد في علم الفلك بالأشعة السينية في عام 2002. وأصبح زميله تانانباوم مديرًا لمركز شاندرا للأشعة السينية في عام 1991 ، وهو منصب لا يزال يشغله اليوم.

الأهداف بعد الضوء الأول

حدث "الضوء الأول" أو في المرة الأولى التي فتحت فيها شاندرا عينها التلسكوبية إلى الفضاء في منتصف أغسطس 1999. كانت إحدى صورها الأولى من Cassiopeia A ، بقايا نجم انفجر في مستعر أعظم شهده تايكو براهي في 1572.

كانت الصورة جميلة ، ولكن الأهم من ذلك ، كانت شاندرا تحقق بالفعل في تاريخ Cassiopeia A. وكتبت وكالة ناسا في بيان صحفي صدر في أغسطس 1999: "يمكن للعلماء رؤية أدلة على ما قد يكون نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود بالقرب من المركز".

في وقت لاحق من ذلك العام ، أصدر علماء الفلك ورقة رسائل مجلة الفيزياء الفلكية مناقشة العناصر التي عثر عليها تشاندرا في الغاز المحيط بالنجم. وتضمنت النتائج الكبريت والسيليكون والحديد التي انطلقت من داخل النجم.

تميل النجوم إلى حرق الهيدروجين والهليوم في وقت مبكر من حياتها. بحلول الوقت الذي كانت فيه هذه العناصر تندمج ، وصلت درجات الحرارة في النجم إلى مليارات الدرجات من الفهرنهايت قبل الانفجار.

آخر أهداف شاندرا المبكرة كان سديم السرطان ، الذي أظهر - لأول مرة - حلقة تدور حول نجم نابض في وسط السديم. في السابق ، كان هابل يتجسس حُكم المادة المحيطة بالنيوترون ، لكن الحلقة كانت شيئًا جديدًا تمامًا.

قال جيف هيستر ، الأستاذ في جامعة أريزونا ستيت ، في بيان صحفي صدر في سبتمبر: "يجب أن يخبرنا الكثير عن كيفية دخول الطاقة من النجم النابض إلى السديم". "الأمر أشبه بإيجاد خطوط النقل بين محطة توليد الكهرباء ومصباح الإضاءة."

بدايات الثقب الأسود

في عامها الثاني من العمليات ، كانت شاندرا تخطو خطواتها. ظهرت تحديثات منتظمة تتحدث عن تحريات التلسكوب: النجوم المنبعثة من الأشعة السينية المدمجة في سديم الجبار ، وهي مجرة تنمو عن طريق التهام جيرانها ، ودليل على نجوم الأطفال.

بدأ التلسكوب أيضًا سلسلة من الاكتشافات المتعلقة بالثقوب السوداء. رصدت أدلة على وجود ثقب أسود من النوع 2 يشبه الأشعة السينية ينبعث من الأشعة السينية خلف طبقة سميكة من المواد التي كانت تخفي في السابق وجود الثقب الأسود.

في وقت لاحق ، أعلن العلماء عن نوع جديد محتمل من الثقب الأسود في المجرة M82. من ثمانية أشهر من الملاحظات ، قال العلماء إن الثقب الأسود يمكن أن يمثل مرحلة تطورية بين الثقوب السوداء الصغيرة التي تشكلت من النجوم ، والأكبر منها بكثير الكامنة في مراكز المجرات.

وكتبت وكالة ناسا في سبتمبر 2000: "الثقب الأسود في M82 يحصر كتلة ما لا يقل عن 500 شمس في منطقة بحجم القمر".

"مثل هذا الثقب الأسود يتطلب ظروفًا قاسية لإنشاءه ، مثل انهيار" هايبرستار "أو اندماج عشرات الثقوب السوداء".

المادة المظلمة المحتملة وغيرها من النتائج

يبحث الفلكيون عن بحث مستمر عن المادة "المظلمة" ، والتي يُعتقد أنها أشياء غير مرئية عمليًا تجعل معظم الكون. حتى الآن ، يمكننا اكتشافه فقط من خلال جاذبيته.

في عام 2006 ، قضى فريق من علماء الفلك أكثر من 100 ساعة في استخدام شاندرا لمشاهدة عنقود المجرة 1E0657-56 ، الذي يحتوي على غاز من تصادم عناقيد المجرات. تم الجمع بين ملاحظات شاندرا وملاحظات العديد من المراصد الأخرى.

قام الباحثون بفحص تأثير كتلة المجرة على عدسة الجاذبية ، وهي طريقة معروفة تشوه الجاذبية الضوء عن المجرات الخلفية. أظهرت ملاحظاتهم عن الجاذبية أن المادة الطبيعية والمادة المظلمة تمزقت خلال تصادم المجرة.

بينما يستمر البحث عن المادة المظلمة ، تم استخدام Chandra للعثور على مادة مفقودة أخرى. في عام 2010 ، استخدم الباحثون شاندرا ومرصد XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، واستكشفوا خزانًا للغاز يستريح على طول جدار المجرات على بعد حوالي 400 مليون سنة ضوئية من الأرض.

وجد العلماء أدلة على الباريونات ، وهي الإلكترونات والبروتونات والجسيمات الأخرى التي تشكل المادة الموجودة في معظم أنحاء الكون. اشتبه الباحثون في احتواء الغاز على كمية كبيرة من هذه المسألة.

بينما يواصل العلماء استكشاف طبيعة المادة ، يواصل شاندرا إنتاج صور مذهلة تكشف أيضًا عن بنية الكون. تتضمن هذه الصور مسحًا للسدم الكوكبية ومجموعة من المجرات سريعة النمو ، بالإضافة إلى "فقاعة رائعة" موجودة في سحابة ماجلان الكبيرة.

في عام 2013 ، اكتشفت شاندرا انفجارًا قياسيًا من الثقب الأسود الهائل في درب التبانة ، وهو كائن يعرف باسم القوس A * أو Sgr A *. في ذلك الوقت ، كان علماء الفلك يلاحظون كيف سيتفاعل Sgr A * مع ما كان يُعتقد في ذلك الوقت أنه سحابة من الغاز ، لكنه قرر لاحقًا أنه سحابة تحيط بجسم مضغوط. في حين أن G2 لم ينتج الألعاب النارية التي كان يأملها العلماء ، فقد اكتشف العلماء إشعالًا كبيرًا كان أكثر سطوعًا 400 مرة من حالة الهدوء العادية للثقب الأسود ، أكثر إشراقًا ثلاث مرات من حامل الرقم القياسي السابق.

وقال فريد باجانوف من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج بولاية ماساتشوستس في بيان "إذا تمزق كويكب ، فسوف يدور حول الثقب الأسود لساعتين - مثل المياه التي تدور حول مصرف مفتوح - قبل أن يسقط". . "هذه هي المدة التي رأينا فيها ألمع إشعاع بالأشعة السينية أخيرًا ، لذا فهذا دليل مثير للفضول بالنسبة لنا".

تقترح نظرية أخرى أن خطوط المجال المغناطيسي داخل G2 أصبحت متشابكة أثناء تدفقها نحو Sgr A *. ينتج عن إعادة التشكيل العرضي لخطوط المجال انفجارًا ساطعًا للأشعة السينية يشبه التوهجات المغناطيسية التي تظهر على الشمس.

في عام 2017 ، كانت شاندرا واحدة من عدة أدوات التقطت نبضًا من الضوء عالي الطاقة من الانفجار القوي الناجم عن اندماج نجمين نيوترونيين. رصدت الملاحظات مع مرصد الموجة التداخلية لموجات الجاذبية بالليزر (LIGO) التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم ، موجات جاذبية مرتبطة بالاصطدام ، مما شجع العلماء على البحث عن علامات تداعيات الانفجار.

وقال بول هيرتز مدير قسم الفيزياء الفلكية في ناسا في بيان "هذا علم مثير للغاية." "الآن ، وللمرة الأولى ، رأينا موجات الضوء والجاذبية الناتجة عن نفس الحدث. كشف الكشف عن ضوء مصدر موجة الجاذبية عن تفاصيل للحدث لا يمكن تحديدها من موجات الجاذبية وحدها. التأثير المضاعف الدراسة مع العديد من المراصد أمر لا يصدق ".

تساعد شاندرا أيضًا في إعداد البشر لرحلات إلى أنظمة النجوم الأخرى. في عام 2018 ، أعلنت شاندرا عن نتائج دراسة استمرت عقدًا من ألفا سنتوري ، وهو أقرب نظام نجمي للشمس. يقع نظام النجوم الثلاثية على مسافة تزيد قليلاً عن أربع سنوات ضوئية من الأرض وهو هدف لمشاريع مثل Breakthrough Starshot ، والتي تهدف إلى إرسال سرب من النانو إلى النظام بحثًا عن الحياة المحتملة. بعد مراقبة النظام ، كشفت بيانات شاندرا أن قصف الأشعة السينية حول ألفا سنتوري A أفضل قليلاً من الشمس ، وأسوأ قليلاً حول ألفا سنتوري B.

وقال توم ايريس الباحث في جامعة كولورادو بولدر في بيان "هذه أنباء طيبة للغاية لشركة Alpha Cen AB من حيث قدرة الحياة المحتملة على أي من كواكبها على النجاة من نوبات الإشعاع من النجوم". "تشاندرا تظهر لنا أن الحياة يجب أن يكون لها فرصة قتالية على الكواكب حول أي من هذه النجوم."

ومازالت مهمة شاندرا ، التي كان من المتوقع أن تستمر خمس سنوات ، ثم امتدت إلى 10 سنوات على الأقل ، قوية بعد أكثر من 18 عامًا من العمليات. في مقابلة عام 2010 مع Space.com ، قال روجر بريسندن ، مدير ومدير رحلة شاندرا ، إن الأداة لديها ما يكفي من احتياطيات أنظمة الدفع والدفع لتستمر حتى "2018 على الأقل".

قال بريسيندن: "هناك وقود كاف لعشرات السنين". "المهمة التي تستغرق 20 عاما ستكون في متناول اليد."

مصادر إضافية