تلسکوپ رومن ناسا؛ چشم تازه ای برای نقشه برداری کیهان

کیهان به‌تازگی صاحب نوع تازه‌ای از چشمِ واید انگل شده است. تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا، آرام و با مهندسی‌ای که ظرافتش به شعر می‌ماند، آماده است آسمان را به شیوه‌ای پیمایش کند که هابل هرگز توان انجامش را نداشت: جزئیاتی تیغ‌تیز در پهنه‌های عظیم آسمان.

رومن آینه‌ای هم‌اندازه آینه هابل دارد، با قطر ۷٫۹ فوت، اما آن را با ابزاری ساخته‌شده برای مقیاس‌های بسیار بزرگ ترکیب می‌کند. ابزار میدان گسترده آن به ژرفای دوربین‌های هابل می‌بیند، اما در هر برداشت، ناحیه‌ای حدود ۱۰۰ برابر بزرگ‌تر را ثبت می‌کند. پیامد این توانایی تقریبا سرگیجه‌آور است. کاری که هابل طی دهه‌ها ذره‌ذره انجام داد، رومن می‌تواند در اصل برای سراسر آسمان و با وضوحی قابل مقایسه پیش ببرد. این یک جاه‌طلبی معمولی نیست. این انقلاب نقشه‌برداران کیهانی است.

رومن به‌جای نگریستن از سوراخ کلید، درهای یک کلیسای جامع را به روی آسمان می‌گشاید. با چنین گستره‌ای، اخترشناسان انتظار دارند اجرام کمیاب را کارآمدتر پیدا کنند: ستاره‌های نوزاد و رو به مرگ، خوشه‌های کهکشانی دوردست، داربست کم‌فروغ ماده تاریک و جهان‌هایی پنهان در درخشش ستاره‌های میزبانشان.

دید فروسرخ رومن همچنین آن را به شریکی عالی برای تلسکوپ فضایی جیمز وب تبدیل می‌کند. وب در بخش‌های بسیار کوچک آسمان، بسیار ژرف نفوذ می‌کند؛ رومن نشان می‌دهد کجا باید نگاه کرد و آن کاوش‌های عمیق چگونه در بافت بزرگ‌تر کیهان جای می‌گیرند. این دو در کنار هم تصویری غنی‌تر و پیوسته‌تر از تاریخ کیهان پدید خواهند آورد.

در دانشگاه آریزونا، استادان و دانشجویان آماده می‌شوند تا سیلاب داده‌های رومن را به کشف‌های علمی تبدیل کنند. دو محور اصلی پژوهش بر اکثریت نامرئی جهان تمرکز دارد: ماده تاریک و انرژی تاریک. یک گروه به سرپرستی الیزابت کراوزه در حال توسعه روشی به نام همگرایی جنبشی است. آن‌ها امیدوارند با ترکیب تصاویر رومن و اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی، برآوردهای دقیق‌تری از چگونگی توزیع ماده تاریک و نقش انرژی تاریک در شتاب‌گیری انبساط کیهان به دست آورند.

گروهی دیگر به سرپرستی تیم آفلر در حال ساخت ستون فقرات محاسباتی لازم برای تبدیل میلیاردها آشکارسازی کهکشانی به بینش فیزیکی است. این مأموریت فهرست‌های عظیمی از کهکشان‌های نزدیک و دور تولید خواهد کرد؛ اما تبدیل این فهرست‌ها به محدودیت‌های معنادار برای کیهان‌شناسی، به توان پردازشی سنگین نیاز دارد. آزمایشگاه آفلر بودجه‌ای دریافت کرده است تا منابع پردازش با کارایی بالا را به سامانه‌های دانشگاه اضافه کند، تا مدل‌ها بتوانند از شمارش‌های خام به اعدادی برسند که ترکیب جهان را توصیف می‌کنند.

رومن همچنین روش‌های تازه‌ای را برای مشاهده مستقیم سیاره‌های فراخورشیدی آزمایش خواهد کرد. ابزار کروناگراف آن نوعی بندبازی فناورانه است؛ نوری خیره‌کننده از یک ستاره را آن‌قدر سرکوب می‌کند تا همدمی کم‌نور در کنار آن دیده شود. ماسک‌ها، آینه‌های تغییرشکل‌پذیر و فیلترهای هوشمند تلاش خواهند کرد سیاره‌هایی را آشکار کنند که تا ۱۰۰ میلیون برابر کم‌نورتر از خورشیدهای خود هستند؛ پیشرفتی دو تا سه مرتبه بزرگی نسبت به کروناگراف‌های فضایی کنونی.

سه برنامه اصلی رصدی تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا که در این اینفوگرافیک برجسته شده‌اند، می‌توانند به اخترشناسان امکان دهند جهان را چنان ببینند که پیش‌تر هرگز ممکن نبود و میلیاردها جرم کیهانی پراکنده در پهنه‌های عظیم فضا و زمان را آشکار کنند. 

چرا این موضوع مهم است؟ تقریبا همه سیاره‌های فراخورشیدی شناخته‌شده از راه نمایش‌های غیرمستقیم سایه و حرکت پیدا شده‌اند؛ افت‌های بسیار کوچک در نور ستاره یا لرزش‌هایی در حرکت آن. کروناگرافی می‌کوشد خود سیاره را نشان دهد: نور بازتابی آن، جو آن و شاید نشانه‌هایی از ابرها یا ترکیب‌های شیمیایی. برای طراحان مأموریت‌ها و تلسکوپ‌های آینده که با هدف بررسی زیست‌پذیری ساخته می‌شوند، کروناگراف رومن نقش یک پیشگام را دارد.

دانشمندان دانشگاه آریزونا از هم‌اکنون برای این رصدها آماده می‌شوند. گروه‌هایی به سرپرستی مارک مارلی، ایوان اس. داگلاس، رامیا آنچه و جاستین هوم در توسعه کروناگراف نقش داشته‌اند و از آن برای بررسی جو سیاره‌ها، معماری سامانه‌های سیاره‌ای و انتخاب ستاره‌ها برای کالیبراسیون استفاده خواهند کرد. زارا براون نیز طیف‌های فروسرخ سیاره‌های غول‌پیکر جوان و خودتاب را مدل‌سازی کرده است؛ جهان‌هایی که چون هنوز از زمان شکل‌گیری داغ مانده‌اند، در فروسرخ حرارتی می‌درخشند. این مدل‌ها همان گزارش‌های شناسایی هستند که برنامه‌ریزان مأموریت برای انتخاب زمان نوردهی، بدون هدر دادن ساعت‌های ارزشمند رصد، به آن‌ها نیاز دارند.

برنامه زمانی رومن با سرعت پیش می‌رود: آغاز عملیات علمی آن برای ژانویه ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی شده است و داده‌های مأموریت به‌طور گسترده در اختیار جامعه علمی قرار خواهد گرفت. دانشگاه آریزونا هدایت ۹ پژوهش تأییدشده مبتنی بر داده‌های رومن را بر عهده خواهد داشت؛ پژوهش‌هایی که از انرژی تاریک و سیاره‌های فراخورشیدی فراتر می‌روند و مطالعه سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم، عدسی‌های گرانشی، شکل‌گیری کهکشان‌ها و غبار کیهانی را نیز در بر می‌گیرند.

در اینجا نوعی حس واقعی از هماهنگی دقیق دیده می‌شود؛ گروه‌هایی در سراسر جهان، ابزارهایی که برای تکمیل یکدیگر طراحی شده‌اند و توان محاسباتی لازم برای تفسیر آنچه به سیلی از فوتون‌ها تبدیل خواهد شد. رومن برای جایگزینی هابل یا وب ساخته نشده است. هدف آن این است که پرسش‌هایی را که از آن‌ها می‌پرسیم تغییر دهد، چیزهایی را بیابد که شاید از نگاهشان دور بماند و زمینه گسترده‌ای را در اختیار اخترشناسان بگذارد تا بفهمند یک کشف منفرد در کجای کیهان قرار می‌گیرد.

یک فکر عملی همچنان در ذهن می‌ماند: وقتی بتوان آسمان را هم با گستردگی و هم با وضوحی شبیه هابل نقشه‌برداری کرد، چه الگوهای پیش‌تر نامرئی ناگهان در کانون دید قرار خواهند گرفت؟