نگاهي به تلسكوپ فضايي چاندرا و رونمايي از جهان مشاهدهناپذير
رصدخانهي پرتو ايكس چاندرا يكي از تلسكوپهاي ناسا است كه به رصد سياهچالهها، كوازارها، ابرنواخترها و موارد مشابه، يعني همهي چشمهها و منابع پرانرژي در جهان ميپردازد.
پس از گذشت بيش از يك دهه از كار آن، دانشمندان توانستند به كمك اين رصدخانه، عملا انديشه متخصصيني اجمالي به جهان بيندازند. به كمك رصدخانهي چاندرا ميتوانيم برخورد كهكشانها، سياهچاله با بادهاي طوفاني كيهاني و پديدههاي ابرنواختري را كه پس از انفجار واژگون ميشوند، مشاهده كنيم.
اين تلسكوپ در رديف يكي از بهترين رصدخانههاي ناسا قرار ميگيرد و ميتوان آن را همتراز با تلسكوپهاي فضايي هابل، اسپيتزر و رصدخانهي پرتو گاما كامپتون دانست. چاندرا همچنين از جمله ابزارهاي ارتباطي عمومي براي آژانسها بهحساب ميآيد. ناسا غالباً عكسهاي آن را در مطبوعات منتشر ميكند.
يكي از تصاوير قابل توجه چاندرا موردي شبيه به دست كيهاني است كه به سمت يك سحابي درخشان كشيده شده است. با اين حال توضيح علمي آن بسيار متفاوت است.
توسعه چاندرا
اخترشناسي پرتو ايكس بهطور خاصي چالش برانگيز است؛ زيرا در آن لازم است تا براي ديدن پرتوها از جو زمين خارج شويم. اولين مشاهدات پرتو ايكس، زودگذر بودند و فقط در محدودهي پروازهاي موشكي صوتي در حد چند دقيقه يا احتمالاً چند ساعتي در يك بالون استراتوسفري رخ ميداد.
در سال ۱۹۶۲، ريكاردو جياكوني از اخترشناسان ايتالياييآمريكايي به همراه تيمش موشكي با يك آشكارساز پرتو ايكس به بالاي جو زمين ارسال كردند. به اين ترتيب، اولين چشمهي پرتوهاي ايكس ستارهاي را كشف كردند. جياكوني اشتياق ذاتي براي انجام پژوهشهاي بيشتر داشت.
ناسا بر اساس طرح او اولين تلسكوپ پرتو ايكس اوهورو را پرتاب كرد. همچنين اين تلسكوپ بهنام ماهوارهي Small Astronomical Satellite-1، شناخته ميشود. اين تلسكوپ بيشتر از دو سال در مدار قرار گرفت و اولين نشانههاي سياهچاله را كشف كرد. رصدخانهي اينشتين از ديگر ايدههاي تيم بود كه در سال ۱۹۷۸ تا ۱۹۸۱ به فضا ارسال شد. اين تلسكوپ پرتو ايكس به اولين تلسكوپي تبديل شد كه ميتوانست تصويربرداري كند.
جياكوني از قدرتهاي تثبيتشده در اخترشناسي پرتو ايكس بود و با اسميتسونيان و هاروي تانابام تيم پژوهشي تشكيل دادند تا رصدخانه قدرتمندتري ارائه دهند. نامي كه براي آن انتخاب كردند اتاق اخترفيزيك پرتو ايكس است و بنابه اعلام دانشگاه هاروارد، هدف آن گرفتن عكسهاي باكيفيت و طيفهاي چشمههاي پرتو ايكس است.
تلسكوپ اولين بار در سال ۱۹۷۶ پيشنهاد شد و از دههي ۱۹۸۰ فعاليتهايش آغاز شد. با كم كردن آينهها ابزارآلات متصل به تلسكوپ، در سال ۱۹۹۲ مجدداً پيكربندي شد و به اين صورت مقداري پول براي متناسب ساختن تلسكوپ ذخيره شد تا امكان پرتاب آن با شاتل مهيا شود. اندكي قبل از پرتاب، تلسكوپ به پاس زحمات برندهي جايزه نوبل و اخترفيزيكدان سوبرامانيان چاندراسخار، چاندرا ناميده شد.
در تصوير بالا، رنگ قرمز پرتوهاي ايكس كم انرژي را نشان ميدهد، رنگ سبز بازهي متوسط و نواحي به رنگ آبي پرانرژيترين پرتوها هستند. تخليهي انرژي از سحابي اطراف ستارهي درحال مرگ PSR B1509-58 عامل ايجاد اين ساختار شبيه به دست آبي رنگ است. نواحي قرمز رنگ از گازهاي همسايه هستند و RCW 89 ناميده ميشوند.
چاندرا در تاريخ ۲۳ ژوئيه ۱۹۹۹ از محفظهي محمولهي شاتل فضايي كلمبيا پرتاب شد؛ بزرگترين ماهواره و شاتلي كه تاكنون پرتاب شده است. هشت ساعت بعد از رسيدن كلمبيا به فضا، چاندرا از محافظ جدا شد و با سرعت در جهت خود حركت كرد. كنترلكنندگان براي مدار چاندرا در طي روزهاي آتي تنظيمات متعددي انجام دادند.
با پاياني شدن عمليات، چاندرا در مداري بيضوي دور زمين قرار گرفت. فاصله آن بين ۱۶ هزار تا ۱۳۳ هزار كيلومتر از زمين بود. در سمتالرأس آن، فاصلهي چاندرا بهاندازهي يكسوم فاصلهي زمين تا ماه است. اين شرايط امكان مشاهدات طولانيمدت را تا ۵۲ ساعت فراهم ميكند؛ قبل از اينكه هدف از انديشه متخصصين ناپديد شود.
جياكوني قهرمان طولانيمدت و معتبر چاندرا، به خاطر كار پيشگامانهي خود در اخترشناسي پرتو ايكس در سال ۲۰۰۲ جايزهي نوبل خود را با دو تن از ديگر پيشگامان اين حوزه شريك شد. تانابام، همكار وي، در سال ۱۹۹۱، رئيس مركز پرتو ايكس چاندرا شد؛ موقعيتي كه هنوز هم در اختيار دارد.
اهداف پس از اولين نور
اولين نور يا اولين باري كه چاندرا چشم تلسكوپي خود را در فضا باز كرد، اواسط اوت ۱۹۹۹ بود. اولين تصويرهاي آن از ذاتالكرسي-اي، Cassiopeia A بود. اين جرم آسماني ستارهاي بود كه بهصورت ابرنواختر منفجر شد و تيكو براهه در سال ۱۵۷۲ شاهد اين واقعه بود.
اين تصوير در عين زيبايي، ويژگي مهمتري داشت و آن سير و سفر به درون تاريخچهي ذاتالكرسي-A بود. ناسا در يكي از مطبوعات در اوت سال ۱۹۹۹ اعلام كرد:
دانشمندان احتمال ميدهند شواهد مشاهدهشدهي يك ستاره نوتروني يا سياهچاله در نزديكي مركز آن باشد.
چاندرا عناصري در گاز اطراف محيط ستاره پيدا كرده بود و بعد از آن سال، اخترشناسان اين موضوع را در مقاله Astrophysical Journal Letters منتشر و مباحثه كردند. يافتهها شامل سولفور، سيليكون و آهن ميشد كه از درون ستاره به محيط بيرون منفجر شد.
ستارهها تمايل دارند هيدروژن و هليوم را در دوران اوليه عمر خود بسوزانند. در زمان همجوشي اين عناصر، دماي داخل ستاره قبل از انفجار به ميلياردها درجه كلوين ميرسد.
سحابي عقرب يكي ديگر از اهداف اوليهي چاندرا بود.اين تلسكوپ براي اولين بار نشان داد حلقهاي بهدور يك ستارهي پالسار در مركز سحابي درحال چرخش است. هابل از قبل تجمعي از ماده را زيرانديشه متخصصين داشت كه ستارهي نوتروني را احاطه ميكردند؛ اما اين حلقه يك مورد كاملاً جديد محسوب ميشد. جف هستر، پروفسور دانشگاه ايالت آريزونا در انتشارات ماه سپتامبر اعلام كرد:
تلسكوپ بايد به ما بگويد كه انرژي چگونه از تپاختر (پالسار) به درون سحابي منتقل ميشود؛ همانند يافتن خطوط انتقال بين نيروگاه و لامپ روشنايي است.
آغاز سياهچالهها
چاندرا در دومين سال عملياتش، پيشرفتهاي چشمگيري كرد. بهروزرسانيهاي منظم مباحثه دربارهي تحقيقات تلسكوپي را شروع كرد از جمله: ستارههاي نشردهندهي پرتو ايكس موجود در سحابي جبار، كهكشاني كه با قورت دادن همسايههايش رشد ميكند و شواهدي بر ستارههاي نوزاد و نوپا.
اين تلسكوپ مجموعهاي از اكتشافات مربوط يه سياهچالهها را آغاز كرد. در اين راستا چاندرا از يك سياهچاله كوازار نوع دو كه از خود پرتو ايكس منتشر ميكرد شواهدي به دست آورد. قبلاً صفحهاي ضخيم از ماده، اين سياهچاله را پشت خود پنهان كرده بود.
مدتي بعد، دانشمندان وجود نوع جديدي از سياهچاله را در كهكشان M82 حدس زدند. در طول ۸ ماه مشاهدات، دانشمندان اظهار كردند اين سياهچاله ميتواند نشاندهندهي يك مرحلهي تكاملي باشد كه بين سياهچالههاي متشكل از ستارهها و سياهچالههاي كلانجرم واقعشده در مركز كهكشان وجود دارد. ناسا در سپتامبر سال ۲۰۰۰ نوشت:
سياهچالهي موجود در كهكشان M82 حداقل ۵۰۰ برابر جرم خورشيد را در ناحيهاي به اندازهي ماه در خود جاي ميدهد. چنين سياهچالهاي، شرايط شديد و طاقتفرسايي را براي شكلگيري خود لازم دارد، مثل رمبش يك هايپراستار يا ادغام تعداد زيادي از سياهچالهها.
ماده تاريك احتمالي و ديگر يافتهها
اخترشناسان همواره بهدنبال مادهي تاريك هستند. آنها معتقدند اين ماده عملاً قابل رؤيت نيست و درعين حال بيشتر جهان را تشكيل ميدهد. در حال حاضر ما فقط ميتوانيم از طريق گرانش آن را شناسايي كنيم.
در سال ۲۰۰۶ گروهي از اخترشناسان بيشتر از ۱۰۰ ساعت خود را صرف استفاده ار چاندرا كردند، تا شايد خوشهي كهكشاني 1E065756 را ببينند. اين خوشه حاوي گازهايي است كه از برخورد خوشهاي كهكشاني سرچشمه ميگيرند. مشاهدات چاندرا با مشاهدات متعدد ديگر ادغام شد.
پژوهشگران اثر خوشهي كهكشاني را بر همگرايي گرانشي آزمودند؛ روشي كه گرانش، نور را از كهكشانهاي زمينه منحرف ميكند. مشاهدات گرانشي آنها حاكي از آن است مادهي معمولي و مادهي تاريك حين برخورد كهكشان از هم جدا ميشوند.
با ادامهي پژوهشهاي مربوط به مادهي تاريك، چاندرا بهدنبال پيدا كردن نوع ديگري از مادهي گمشده بود. در سال ۲۰۱۰، پژوهشگران با استفاده از چاندرا و رصدخانهي XMM-Newton آژانس فضايي اروپا، بهدنبال محفظهاي از گاز بودند كه در طول ديواره كهكشانها قرار داشت و حدود ۴۰۰ ميليون سال نوري از زمين فاصله داشت.
دانشمندان شواهدي از باريونها يافتند. باريونها الكترونها، پروتونها و ذرات ديگري هستند كه بخش عمدهاي از ماده موجود در جهان را تشكيل ميدهند. دانشمندان گمان ميكردند آن گاز ممكن است مقادير قابل توجهي از اين ماده را دربرداشته باشد.
دانشمندان همواره بهدنبال كشف ماهيت ماده بهسر ميبرند و چاندرا تصاوير شگفتانگيزي به ما ميدهد كه ساختار جهان را آشكار ميسازد. اين تصاوير علاوه بر ابرحباب يافتشده در ابر ماژلاني، شامل نقشههايي از سحابيهاي سيارهاي و خوشههاي كهكشاني به سرعت درحال رشد است.
در سال ۲۰۱۳، چاندرا ركورد جديدي از يك انفجار سياهچاله كلانجرم در كهكشان راهشيري ثبت كرد؛ اين جرم سماوي كمان اي*، Sagittarius A* يا Sgr A* ناميده ميشود. زماني اخترشناسان تصور ميكردند Sgr A* يك ابر گازي است و ميخواستند واكنش آن را مشاهده كنند؛ اما بعدها كشف كردند اين شي در واقع ابري است كه جرمي فشرده را احاطه كرده است. با اينكه G2 انفجارهاي مدانديشه متخصصين دانشمندان را ارايه نكرد، آنها مگازبانهاي را ثبت كردند كه ۴۰۰ بار از حالت عادي خاموش يك سياهچاله و سه برابر نسبت به ركورددار قبلي درخشانتر بود. فرد باگانف، عضو مؤسسهي ماساچوست تكنولوژي در كمبريج منچستر در بيانيهاي اظهار داشت:
اگر سياركي متلاشي شود، بهمدت چند ساعت دور سياهچاله ميچرخد، درست مانند آبي كه دور يك چاه آب باز بچرخد قبل از اينكه در آن فرو رود. ما فقط همين اندازه توانستيم زبانه پرتو ايكس را ببينيم. اين موضوع براي ما بسيار جالب است.
انديشه متخصصينيهي ديگري پيشنهاد ميكند خطوط ميدان مغناطيسي در G2 با دنبال كردن Sgr A* درهمبافته و پيچ خوردهاند. پيكربندي مجدد گاهبهگاه اين خطوط ميدان، انفجارهاي پرتو ايكسي مشابه زبانههاي مغناطيسي ايجادشده در سطح خورشيد، توليد ميكند.
در سال ۲۰۱۷، چاندرا جز ابزاري بود كه يك پالس نور پرانرژي را دريافت كرد. اين پديده نتيجهي انفجار دو ستارهي نوتروني درحال ادغام شدن بود. مشاهدات حاصل از رصدخانه امواج گرانشي تداخلسنج ليزري مؤسسه علوم ملي (LIGO)، امواج گرانشي مربوط به يك برخورد را ثبت كرد. اين امر دانشمندان را تشويق به يافتن نشانههاي حاصل از انفجارهاي بعدي كرد. پائول هرتز رئيس بخش اخترفيزيك ناسا اعلام كرد:
اين علوم بسيار هيجانانگيز هستند. ما براي اولين بار نور و امواج گرانشي ناشي از اين رويداد مشابه را ديديم. كشف امواج گرانشي از يك منبع نور، جزئياتي از اين رويداد را آشكار ميكند كه بهتنهايي از طريق امواج گرانشي قابل شناسايي نيست. انجام مطالعات با چند رصدخانه اثر فزاينده و باورنكردني دارد.
چاندرا در حال آماده كردن بشر براي سفر به سامانههاي ستارهاي ديگر است. در سال ۲۰۱۸، چاندرا نتايج يك دهه مطالعه روي آلفا قنطورس، نزديكترين سامانهي ستارهاي به خورشيد را در نهايت اعلام كرد. سامانهي ستارهاي سهتايي در فاصله بيشتر از ۴ سال نوري از زمين قرار دارد و هدف پروژههايي مثل Breakthrough Starshot است؛ پروژهاي با هدف ارسال گروهي از نانوكرافتها به سمت سيستمها كه به دنبال حيات بالقوه هستند. دادههاي چاندرا پس از مشاهدهي سيستم (سامانه) نشان ميدهد كه بمباران پرتو ايكس در اطراف آلفا قنطورس A اندكي بهتر از خورشيد و تنها اندكي بدتر از محيط اطراف آلفا قنطورس B است. تام آيرس پژوهشگر دانشگاه كلرادو بولدر در بيانيهاي اعلام داشت:
خبر خوب براي آلفا قنطورس AB وجود حيات احتمالي بر هر يك از سيارههاي اين سامانه است تا بتوانند از انفجارات پرتوهاي ناشي از ستاره جان سالم بهدر ببرند. چاندرا نشان ميدهد حيات بايد امكان مبارزه بر سطح سيارهها را حول هر يك از اين ستارهها داشته باشد.
انتظار ميرفت مأموريت چاندرا تا پنج سال كار كند، اما اين مدت به ۱۰ سال به طول انجاميد و هماكنون نيز پس از ۱۸ سال انجام عمليات با قدرت به كار خود ادامه ميدهد. در مصاحبهي سال ۲۰۱۰، راجر بريسندن مدير چاندرا و رئيس پرواز خطاب به Sapce.com گفت ابزار و سيستمهاي پيشرانش توان كافي دارند طوريكه بتوانند حداقل تا سال ۲۰۱۸ عمر كنند. بريسندن ميگويد:
سوخت كافي براي دهها سال وجود دارد. مأموريت ۲۰ ساله در حال دستيابي است.
هم انديشي ها