انقلابی عظیم در رصد کیهان: دیدار نادیدنی‌ها با تصاویر رادیویی

تا به حال به این موضوع فکر کرده‌اید که چگونه می‌توان تصاویر رادیویی از کهکشان‌های دیگر به دست آورد؟ در واقع این فرآیند بسیار پیچیده و دقیق است. به طوری که بهترین تصاویر رادیویی از کهکشان‌های دور دست به وسیله شبکه‌ای از ۷۰ هزار آنتن رادیویی در ۹ کشور اروپایی ضبط شده‌اند.

نکته حیرت‌انگیز این تصاویر این است که تلسکوپ‌های نوری قادر به این کار نیستند. به عبارتی با قسمتی از جهان روبه‌رو هستیم که برای تلسکوپ‌های نوری نامرئی است. اما تصاویر رادیویی آن را آشکار می‌کند. این موضوع باعث شناخت بیشتر و نگاهی اجمالی به اسرارآمیزترین پدیده‌های کیهانی می‌شود؛ مانند فعالیت سیاه چاله‌های عظیم در مراکز کهکشان‌ها.

تیمی از اخترشناسان در پشت صحنه تلسکوپ فرکانس پایین لوفار (LOFAR)، یک شبکه تلسکوپ رادیویی که به وسیله موسسه هلند برای رادیو نجوم (Astron) اداره می‌شود، به مدت ۱۰ سال برای تولید تصاویر کار کردند.

• 

تهیه تصاویر باکیفیت از کهکشان‌ها

«لیا مورابیتو»، استادیار فیزیک در دانشگاه دورهام انگلستان، تا مدت‌ها برای بهبود وضوح تصاویر و به دست آوردن تصاویر باکیفیت و استاندارد تلسکوپ لوفار LOFAR را هدایت می‌کرد. لیا مورابیتو با قرار دادن آنتن‌های بیشتر و با کمک گرفتن از تکنولوژی بالای ابررایانه‌ها، توانست وضوح تصویر را تا ۲۰ برابر بهبود ببخشد.

مورابیتو در یکی از سخنان خود به این موضوع اشاره کرد که این تصاویر بالاترین وضوح را در باند فرکانس رادیویی FM ارائه می‌دهند. این باند یک باند بین ۸۸ تا ۱۰۸ مگاهرتز است که برای پخش رادیویی روی زمین استفاده می‌شود. با این حال، بزرگترین دستاورد این بود که بتوان این رزولوشن بالا را با یک میدان دید وسیع ترکیب کرد. اینگونه تصاویر رادیویی از کهکشان‌های دوردست علاوه بر کیفیت بالا دارای یک میدان دید وسیع بودند و مناطق بیشتری را پوشش می‌دادند.

«این یک فرآیند بسیار شگفت انگیز است؛ زیرا این موضوع به ما امکان می‌دهد کل آسمان شمالی را تنها در چند سال بررسی کنیم. تلسکوپ‌هایی با این کیفیت تقریبا چیزی حدود ۲۰ برابر میدان دید کوچکتری دارند، بنابراین بررسی تمام قسمت‌های آسمان از نظر لجستیکی امکان‌پذیر نیست. در حال حاضر هیچ رادیوتلسکوپ یا تلسکوپ نوری برنامه‌ریزی شده دیگری با این حجم از امکانات وجود ندارد. این تلسکوپ، اولین تلسکوپی خواهد بود که دارای ترکیبی از میدان دید و وضوح است.»

• 

اجرام آسمانی شامل ستارگان، برخی سیارات و سیاهچاله‌ها امواج رادیویی را ساطع می‌کنند که برای تلسکوپ‌های نوری قابل مشاهده نیست. برخلاف نور مرئی، این امواج رادیویی از میان ابرهای غبار و گاز نفوذ کرده و تصویری از جهان را آشکار می‌کنند که به وسیله تلسکوپ نوری قابل مشاهده نیست و برای آشکارسازی آن باید از تکنولوژی دیگری کمک بگیریم.

سیاهچاله‌های عظیم از قوی‌ترین منابع امواج رادیویی در جهان هستند. بنابراین کمپین تصویربرداری با تلسکوپ فرکانس پایین لوفار LOFAR روی آنها متمرکز شده است. امواج رادیویی با تلسکوپ‌های نوری قابل مشاهده نیستند؛ بنابراین دانشمندان امیدوارند که بتوانند با تلسکوپ لوفار به حقایق مهمی دست پیدا کنند.

«این تصاویر با وضوح بالا به ما محققان این امکان خواهد داد تا وقایع را بهتر درک کنیم و بفهمیم که واقعا چه اتفاقی در حال رخ دادن است. در گذشته حتی دریافت فرکانس‌های نزدیک باند رادیویی FM امکان‌پذیر نبود.»

نیل جکسون، یکی از همکاران پروژه تلسکوپ لوفار از دانشگاه منچستر در انگلستان

ترکیب آنتن‌ها برای افزایش کیفیت

به طور معمول، تلسکوپ فرکانس پایین لوفار (LOFAR) تنها در هلند از آنتن‌ها استفاده می‌کند. این موضوع می‌تواند محدودیت‌هایی را در وضوح تصویر ایجاد کند. در واقع این امر قطر عدسی تلسکوپ مجازی را به ۱۲۰ کیلومتر محدود می‌کند. قطر این تلسکوپ، به نوبه خود می‌تواند وضوح آن را کاهش دهد.

با این حال، اخترشناسان راهی برای ادغام آنتن‌ها پیدا کردند. این روش تنها برای ۹ کشور اروپایی صادق است و هنوز نمی‌توان در بسیاری از بخش‌های زمین از آن استفاده کرد. ادغام آنتن‌ها به تیم آن‌ها امکان داد تا قطر را به ۲۰۰۰ کیلومتر افزایش داده و وضوح ۲۰ برابر بهتر را به دست آورند.

مشاهدات انجام شده به وسیله آنتن‌های جداگانه دیجیتالی شده و در تصاویر نهایی با وضوح بالا ترکیب شده‌اند. اما این موضوع، کار آسانی نبود. دانشمندان مجبور بودند ۱.۶ ترابایت داده در ثانیه، معادل بیش از ۳۰۰ دی‌وی‌دی را پردازش کنند.

«فریتز سویژن» از دانشگاه لیدن هلند طی بیانیه‌ای اظهار داشت: «برای پردازش چنین حجم عظیمی از داده‌ها، ما باید از تکنولوژی ابر رایانه‌ها استفاده کنیم.» این موضوع به ما امکان می‌دهد چند ترابایت اطلاعات این آنتن‌ها را به چند گیگابایت علم تبدیل کنیم. به عبارتی این چند گیگابایت نهایی در واقع همان اطلاعاتی هستند که ما در نهایت به آن‌ها نیاز داریم و برای این موضوع نیاز به پردازش سریع ابررایانه‌ها داریم. از این رو که آن‌ها تنها صرف فقط در چند روز می‌تواند این حجم از اطلاعات را پردازش کنند.» مورابیتو افزود که برای تصویربرداری از کل آسمان شمالی تقریبا چیزی حدود ۳۰۰۰ مشاهده نیاز است.