حضور ایران در جاه‌طلبانه‌ترین پروژه تلسکوپ رادیویی دنیا

تیمی به راهبری محققان ایرانی برای اولین بار توانستند کهکشان‌هایی که امروز ما آنها را مشاهده می‌کنیم را در زمان‌های اولیه کیهان در طول موج‌های رادیویی شبیه‌سازی کنند و دستاوردهای این مطالعات که بخشی از پروژه ساخت بزرگترین رادیو تلسکوپ دنیا است، با حضور محققانی از ۵ کشور اجرایی و نتایج آن در ژورنال Monthly Notices منتشر شده است.

کد خبر: ۴۸۱۰۸۱

تاریخ: ۰۴ مرداد ۱۴۰۱ - ۰۵:۵۲

به گزارش ایران اکونومیست، ۱۳  کشور جهان با اجرای یک طرح جاه‌طلبانه درصدد هستند تا با راه‌اندازی بزرگترین تلسکوپ رادیویی، منشا عالم را بیابند. این رصدخانه رادیویی دارای حساسیت ۵۰ برابر بیشتر از تلسکوپ‌های رادیویی موجود بر روی زمین است و با سرعت ۱۰ هزار برابر بیشتر از فناوری‌های موجود، از عالم داده دریافت می‌کند. قدرت تفکیک تصویربرداری از این رصدخانه رادیویی نیز ۵۰ برابر بیشتر از تلسکوپ "هابل" و ۱۰۰ برابر تلسکوپ فضایی "جیمزوب" است.

پژوهشگاه دانش‌های بنیادی به نمایندگی از ایران نیز با مشارکت در کارگروه‌های علمی، در تولید علم این پروژه بین‌المللی مشارکت دارد و اخیراً محققان ایرانی، برای اولین بار توانستند کهکشان‌هایی که امروز ما آنها را مشاهده می‌کنیم، در زمان‌های اولیه کیهان در طول موج‌های رادیویی شبیه‌سازی کنند.

آنها همچنین پیشنهاداتی درباره ملزومات و پیش نیازهای تلسکوپ SKAO برای آشکارسازی سیگنال‌های ساطع شده به تیم مهندسین ارائه کردند.

نتایج این تحقیقات روز گذشته (دوشنبه، ۳ مرداد ماه) به چاپ رسیده است.

اخترشناسی رادیویی

فاطمه طباطبایی، عضو هیات علمی پژوهشکده نجوم پژوهشگاه دانش‌های بنیادی در گفت‌وگو با ایران اکونومیست، حیطه مطالعات خود را نجوم و کیهان‌شناسی رصدی دانست و گفت: محققان این حوزه با استفاده از دریافت سیگنال‌هایی که از عالم ساطع می‌شوند و به آنها امواج الکترومغناطیس گفته می‌شود، سعی دارند تا به سوالاتی در زمینه پیدایش  و تکوین عالم پاسخ گویند.

وی سیگنال‌های تابشی از کیهان را شامل طیف وسیعی از امواج الکترومغناطیس از امواج گاما و ایکس گرفته تا امواج رادیویی دانست و اظهار کرد: بیشتر دانشی که ما از عالم داریم، محدود به امواج مرئی و بصری است؛ ولی این امواج مرئی تنها بخشی بسیار باریک از طیف الکترومغناطیس را پوشش می‌دهد.

طباطبایی خاطر نشان کرد: به این معنا که میزان زیادی از سیگنال‌هایی را که از کیهان ساطع می‌شود با چشم نمی‌توانیم شناسایی و دریافت کنیم و در نتیجه برای شناخت عالم اگر بخواهیم تنها به ابزارهای اپتیکی اکتفا کنیم، راه‌های شناخت ما از جهان، مسدود خواهد شد؛ به همین دلیل است که دانشمندان به سراغ مطالعات نجوم در طول موج‌های مختلف می‌روند.

این محقق حوزه نجوم، تاکید کرد: سیگنال‌های ساطع شده از کیهان در طول موج‌هایی که کوتاه‌تر از طول موج‌های اپتیکی هستند و همچنین در طول موج‌های فرو سرخ توسط جو زمین، جذب می‌شوند و ما ناچاراً تنها با تلسکوپ‌های فضایی می‌توانیم آنها را آشکار کنیم، ولی در گستره پهنی از طول موج‌های رادیویی این امواج می‌توانند از جو زمین عبور کنند و ما قادر هستیم با تلسکوپ‌های زمینی، آنها را آشکار کنیم.

طباطبایی ادامه داد: این امواج رادیویی طیف وسیعی از امواج الکترومغناطیسی از ۱۰۰ گیگاهرتز تا ۵۰ مگاهرتز را در بر می‌گیرد و در این بازه طول موج، می‌توانیم با ساخت تلسکوپ‌های رادیویی، به میزان مناسبی از عالم، دانش کسب کنیم.

عضو هیات علمی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی، روش اخترشناسی رصدی را در رادیویی و مرئی مشابه دانست، با این تفاوت که در اخترشناسی رادیویی، منابع رادیویی توسط رادیوتلسکوپ رصد می‌شود، ولی در اخترشناسی مرئی از تلسکوپ اپتیکی استفاده می‌شود، افزود: در اخترشناسی رادیویی، سیگنال‌ها دریافت و تبدیل به تصاویر و طیف‌ها می‌شود و توسط تابشی که از اجرام آسمانی همچون کهکشان، ستاره، محیط میان ستاره‌ای، محیط میان کهکشانی و یا ساختارهای اولیه کیهانی ساطع می‌شود، می‌توان اطلاعاتی از کیهان به دست آورد.

وی، چگونگی تشکیل ساختارهای کیهانی و چگونگی تحول آنها را از جمله اطلاعات ناشی از سیگنال‌های دریافتی از عالم ذکر کرد و گفت: طبق نظریه "مهبانگ"،  بعد از رخداد انفجار بزرگ، عالم همانند سوپ داغی از کوارک‌ها و ذرات پایه باریونی و همچنین ماده تاریک بود و با انبساط و سردتر شدن عالم، این ذرات باریونی تشکیل اتم‌های خنثی می‌دهند که به جز تابش رادیویی خط بیست و یک سانتیمتری اتم هیدروژن خنثی، هیچ تابش مرئی ندارند. این زمان به نام "عصر تاریک کیهانی" معروف است.

طباطبایی، اضافه کرد: پس از تشکیل ساختارهای اتمی و در مرحله‌ای ناشناخته احتمالاً توسط ناپایداری‌های گرانشی همجوشی هسته‌ای رخ داده است و در این شرایط اولین ستاره‌ها بوجود آمده‌اند.

وی با تاکید بر اینکه با تشکیل ستاره‌ها قادر به دیدن نور مرئی هستیم، اظهار کرد: احتمالا تابش فرابنفش این نخستین ستارگان، ساختارهای اتمی را یونیزه کرده که به این دوره عصر "دوباره یونیزاسیون" می‌گویند.

این محقق حوزه نجوم رادیویی یادآور شد: تا این زمان از این دوره‌ها هیچ اطلاعات دقیق رصدی در دسترس نیست و دانش بشر در حدی نیست که بتواند بگوید دقیقاً از چه زمانی و چگونه اولین ساختارهای کیهانی و اولین کهکشان‌ها تشکیل شده‌اند و چگونه به شکل کهکشان‌های کنونی متحول شده‌اند.

وی اضافه کرد: رصدهای رادیویی تنها روش ممکن برای کسب اطلاعات از عصر تاریک و عصر تشکیل ساختارها در عالم است؛ چرا که به دلیل انبساط عالم، امواج مرئی و فروسرخ تابش شده از آن دوره در طول موج‌های بلندتر رادیویی به ما می‌رسند.

مطالعات اعماق ژرف آسمان در یک طرح بلندپروازانه

طباطبایی به مشارکت در یک طرح بین‌المللی در زمینه اخترشناسی رادیویی اشاره کرد و گفت: این طرح بین‌المللی با عنوان SKA یا Square Kilometre Array  (رصدخانه تلسکوپ رادیویی کیلومتر مربعی) است و قرار است طی آن به عنوان بزرگترین تاسیسات علمی قرن بیست و یکم، عظیم‌ترین رصدخانه رادیویی جهان که مجهز به بروزترین نوآوری‌ها و تکنولوژی‌هاست، تاسیس شود.

وی با تاکید بر اینکه در این رصدخانه عظیم قرار است با استفاده از این فناوری‌ها، امواج کیهانی آشکارسازی شود، ادامه داد: این رصدخانه رادیویی دارای حساسیت ۵۰ برابر بیشتر از تلسکوپ‌های رادیویی موجود بر روی زمین خواهد بود، ضمن آنکه با سرعت ۱۰ هزار برابر و سریع از فناوری‌های موجود، از عالم داده دریافت کنیم.

طباطبایی، قدرت تفکیک تصویربرداری از این رصدخانه رادیویی را  ۵۰ برابر بیشتر از تلسکوپ هابل و ۱۰۰ برابر تلسکوپ فضایی جیمزوب عنوان و اظهار کرد: برای ساخت چنین تلسکوپی که بسیار جاه‌طلبانه است، نیاز به پیشرفته‌ترین فناوری‌های روز دنیا است.

این محقق پژوهشکده نجوم پژوهشگاه دانش‌های بنیادی ادامه داد: قرار است این رصدخانه در دو منطقه از کره زمین یکی در "استرالیا" و دیگری در "آفریقای" جنوبی بنا شود. دلیل انتخاب دو منطقه برای احداث این رصدخانه، دور بودن از مزاحمت امواج موبایل و تولیدات بشر است. استرالیا فرکانس‌های بین ۵۰ تا ۳۰۰ مگاهرتز و آفریقای جنونی، فرکانس‌های بین ۳۰۰ مگاهرتز تا ۲۰ گیگا هرتز را پوشش خواهند داد.

جزئیاتی از ساخت رصدخانه رادیویی SKAO

طباطبایی در پاسخ به این سوال که چرا دو منطقه استرالیا و آفریقای جنوبی برای راه‌اندازی این رصدخانه انتخاب شده‌اند، توضیح داد: این رصدخانه می‌توانست در یک منطقه‌ بنا شود، ولی از آنجایی که میان کشورها در این زمینه رقابتی ایجاد شد، در نهایت به این نتیجه رسیدند که این دو منطقه برای راه اندازی رصدخانه رادیویی انتخاب شوند.

عضو هیات علمی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی، با بیان اینکه مقر اصلی رصدخانه SKA در منچستر انگلستان در سال گذشته افتتاح شد، گفت: این طرح یک پروژه بین‌المللی است که ایده اصلی آن از ۳۰ سال گذشته آغاز شد و مطالعات و تحقیقات وسیعی برای دستیابی به فناوری این تلسکوپ صورت گرفته است.

وی تلسکوپ پروژه SKA را جدیدترین نسل تلسکوپ‌های رادیویی نام برد و یادآور شد: از ۱۰ سال گذشته طراحی این تلسکوپ شروع شد و از سال گذشته این پروژه از SKA به SKAO تغییر نام داد و رسما این طرح به عنوان یک رصدخانه به تصویب دولت انگلستان رسید. این طرح یک پروژه بین‌المللی با مشارکت ۱۳ کشور است که بر اساس آن میان دولت‌ها، قراردادی رسمی به امضا رسیده است.

طباطبایی اضافه کرد: بیش از ۵۰۰ مهندس و هزار دانشمند و محقق از بیش از ۲۰ کشور دنیا با این پروژه نجومی همکاری دارند و پژوهشگاه دانش‌های بنیادی از ایران نیز عضو این طرح است.

وی با بیان اینکه این طرح دارای کارگروه‌های علمی است که ایران عضو این کارگروه‌ها است، افزود: ماموریت این کارگروه‌ها این است که با همکاری محققان ایده‌هایی تحقیقاتی را در راستای حل مسائل SKAO به منظور رسیدن به اهداف مورد نظر تلسکوپ، پیشنهاد می‌دهند و مهندسان طرح نیز با مشاوره‌های این کارگروه‌ها، اقدام به طراحی و ساخت این تلسکوپ خواهند کرد.

نقش ایران در SKAO

این محقق حوزه نجومی با بیان اینکه این پروژه دارای مراحل و فازهای مختلفی است، گفت: مرحله طراحی این رصدخانه رادیویی، تقریبا به انتها رسیده و وارد مرحله ساخت تلسکوپ شده است که در دو فاز انجام می‌شود. در فاز اول قرار است حدود ۲۰۰ دیش ۱۵ متری در آفریقای جنوبی و ۱۳۰ هزار آنتن ۲ متری در استرالیا ساخته شود. در فاز دوم این تعداد ۱۰ برابر خواهد شد.

وی اضافه کرد: محققان این پروژه امید دارند که تا سال ۲۰۲۷ ساخت فاز اول تلسکوپ به پایان برسد و اولین نورگیری از این تلسکوپ صورت گیرد. قرار بود زمان اولین نورگیری زودتر اجرایی شود، ولی به دلیل شیوع بیماری کووید-۱۹ برنامه زمان‌بندی آن به تعویق افتاد.

این محقق به نقش پژوهشگاه دانش‌های بنیادی در این پروژه اشاره کرد و گفت: ما با این پروژه به طرق مختلف همکاری داریم که از جمله آن می‌توان به ارائه مشاوره و راهنمایی برای طراحی داده‌گیری، حجم داده‌های دریافتی برای کاربرد محققان و شرکت در چالش‌های داده کاوی تلسکوپ اشاره کرد.

وی یکی از چالش‌های این تلسکوپ را ساماندهی داده‌های با حجم بالا عنوان کرد و افزود: این تلسکوپ در فاز اول در حدود ۳۰۰ پتابایت داده دریافت می‌کند و ساماندهی این حجم از داده، داده‌کاوی و آنالیز داده‌ها از چالش‌های اصلی این پروژه به شمار می‌رود.

طباطبایی ادامه داد: برای رفع این چالش ما نیز شرکت کردیم و و دو سال پیش دستاوردهای مطالعاتمان درباره آنالیز داده‌های تلسکوپ SKAO در قالب مقاله‌ای منتشر شد.

وی اضافه کرد: البته مشارکت مهمتر ما در این طرح، همکاری در کارگروه‌های علمی پروژه SKAO است و در این مسیر ما یک تیم بین‌المللی را در یک موضوع مهم علمی مرتبط با " تحول کهکشان‌ها" راهبری می‌کنیم.

این محقق پژوهشکده نجوم پژوهشگاه دانش‌های بنیادی خاطر نشان کرد: دستاوردهای این مطالعات در قالب یک مقاله در روز دوشنبه ۳ مرداد در ژورنال Monthly Notices منتشر شده است.

تحول کهکشانی

طباطبایی با اشاره به جزئیات مطالعات "تحول کهکشانی" با بیان اینکه در این تحقیقات به دنبال پاسخ این سوال بودیم که چه عاملی موجب تحول کهکشانی شده است، افزود: کهکشان‌ها پس از یک دوره طلایی ستاره‌زایی به نام "ظهر کیهانی" خاموش شدند و پس از آن سرعت تشکیل ستاره‌های پر جرم در طول زمان کیهانی کاهش می‌یابد که دلیل آن هنوز ناشناخته است. آنچه که در حال حاضر به عنوان علت اصلی شناخته می‌شود، افت در میزان گاز سرد موجود در کهکشان‌ها با گذشت زمان است؛ چرا که ستاره‌زایی در دل این گازها صورت می‌پذیرد. با این حال، مشاهدات نشان می‌دهند که در طول زمان کیهانی، کهکشان‌ها همواره دارای مخازن کافی از گاز سرد بوده‌اند، اما به دلایل نامعلوم از ستاره‌زایی سر باز زده‌اند. یک احتمال دیگر این است که این گاز به طور فزاینده‌ای توسط فشارهای واردشده از سوی میدان‌های مغناطیسی، ذرات پرانرژی و تلاطم کنترل می‌شود که در نتیجه آن، با گذشت زمان،  ستاره‌زایی با آهنگ کندتری صورت گرفته است که این البته نشانگر اهمیت مطالعه موازنه انرژی و فشار در محیط‌های میان ستاره است.

وی رصدهای تابش پیوستار رادیویی را یک روش قدرتمند برای ردیابی فرآیندهای پر انرژی در کهکشان‌ها دانست و اضافه کرد: این تابش عمدتاً از برهمکنش ذرات پر انرژی با میدان‌های مغناطیسی پدید می‌آید که جزو پرانرژی محیط میان ستاره‌ای است. رصدهای با حساسیت و توان تفکیک بالا در چندین باند فرکانس رادیویی می‌تواند ما را قادر کند تا این فرآیندها را در کهکشان‌های دوردست ترسیم کنیم. این اولین قدم برای درک موازنه انرژی و تشکیل ساختار در کهکشان‌ها در طول زمان کیهانی است، ضمن آنکه به فهم مساله خاموشی و تحول کهکشان‌ها نیز کمک می‌کند.

این محقق پژوهشکده نجوم یادآور شد: در این تحقیق این سوال مطرح شد که این کهکشان‌ها در زمان‌های اولیه کیهان به چه شکلی موجود بودند و بر این اساس ما این کهکشان‌ها را به زمان‌های بسیار دور یعنی در زمانی که عالم تنها یک هفتم سن کنونی‌اش را داشت، منتقل و شبیه‌سازی کردیم و در گام بعدی، اقدام به بررسی خصوصیات تابش رادیویی این کهکشان‌های اولیه کردیم. در گام بعدی این سوال را مطرح کردیم که آیا تلسکوپ SKAO قادر خواهد بود این تابش‌های رادیویی را آشکار کند یا خیر.

وی در خصوص اهمیت این مطالعات گفت: برای اولین بار کهکشان‌های امروزی را در زمان‌های اولیه کیهان در طول موج‌های رادیویی شبیه‌سازی کردیم و پیشنهاداتی را درباره ملزومات و پیش نیازهای تلسکوپ SKAO برای آشکارسازی این سیگنال‌ها ارائه کردیم.

این محقق با بیان اینکه این مطالعات با راهبری ایران و با حضور محققانی از کشورهای اسپانیا، آلمان، سوئیس، انگلستان و امریکا اجرایی شده است، تاکید کرد: این مطالعات دارای بخش‌های مختلف است که مقاله اول روز دوشنبه ۳ مرداد ماه به چاپ رسید.

به گفته طباطبایی، فرآیند شبیه‌سازی این مطالعات در ایران اجرایی شده است و دکتر معصومه قاسمی نرم‌افزارهای مورد نیاز این فرآیند را توسعه داده است.

وی ادامه داد: مطالعات بعدی ما در زمینه شبیه‌سازی تابش خط بیست و یک سانتیمتری گاز اتمی هیدروژن در کهکشان‌های اولیه است و آشکارسازی آن توسط تلسکوپ SKAO خواهد بود.

دستاوردهای تحقیقاتی SKAO در رصدخانه ملی

عضو هیات علمی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی با بیان اینکه انتخاب موضوعات تحقیقاتی در این پروژه بین‌المللی در اختیار محققان است، گفت: هر محققی بر اساس زمینه تحقیقاتی و تخصصی که دارد، موضوعی را پیشنهاد می‌دهد و کسی پروژه‌ای را به کارگروه‌ها محول نمی‌کند؛ چرا که این کارگروه‌ها داوطلبانه تشکیل شده‌اند.

وی با بیان اینکه مسیر برای حضور محققان در این پروژه هموار است، خاطر نشان کرد: ما می‌توانیم در بخشی از این مطالعات از رصدهای رصدخانه ملی نیز بهره‌مند شویم. به طور مثال با ترکیب داده‌های مربوط به تابش خطوط گازهای یونیزه رصدشده با رصدخانه ملی و داده‌هایSKAO می‌توان به شناخت کاملتری از محیط‌ میان ستاره‌ای دست یافت.

هزینه‌های پروژه SKAO

طباطبایی در خصوص هزینه‌های این پروژه بین‌المللی، گفت: کشورهایی که رسما عضو این پروژه هستند، بخشی از اعتبارات را متقبل شدند. در فاز طراحی حدود ۱۷۰ میلیون یورو و در فاز یک آن حدود ۷۰۰ میلیون یورو صرف شده است.

وی با بیان اینکه ایران به صورت رسمی با این طرح همکاری ندارد، یادآور شد: ما از نظر مالی مشارکت نمی‌کنیم، بلکه در قالب دانشجویان پسادکتری و در بخش‌های تحقیقاتی با این طرح همکاری داریم.