خارج مكتب هيرويا ياماغوتشي توجد سبورة مليئة بالنجوم المنفجرة ومخططات السفن الفضائية والخطوط الطيفية. تحجب المطبوعات مقاس A4 كل المساحة الخالية تقريبًا، باستثناء زاوية صغيرة حيث يقوم أحيانًا بالخربشة بالطباشير الأبيض. في الوقت الحالي، يقف ياماغوتشي، الأستاذ المشارك في المعهد الياباني لعلوم الفضاء والملاحة الفضائية، أمام هذه السبورة، في مواجهتي.
إنه يقدم لي دورة تدريبية مكثفة حول مهمة التصوير بالأشعة السينية والتحليل الطيفي، أو XRISM، وهي شراكة بين ناسا ووكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA). أول شيء تعلمته هو أنني كنت أقول اسم التلسكوب بشكل خاطئ طوال الوقت. لحسن الحظ، كنت أكرر في الغالب عبارة “ex-riz-um” غير الصحيحة في رأسي. يتم نطقها في الواقع “criz-um”.
والثاني هو أن هذا التلسكوب الفضائي تم إطلاقه في 6 سبتمبر 2023، وهو يحمل الثقل الأثقل على الإطلاق: التوقع.
متعلق ب: JAXA و NASA تكشفان عن الصور الأولى من تلسكوب XRISM الفضائي للأشعة السينية
واجه تلسكوبا الأشعة السينية السابقان التابعان لوكالة استكشاف الفضاء اليابانية، سوزاكو وهيتومي، مشكلات بعد الإطلاق. تعطل مطياف سوزاكو بعد الإطلاق، لكنه كان قادرًا على تنفيذ مهمة تصوير استمرت عقدًا من الزمن. كانت حالة هيتومي كارثية: بعد التقاط أول صورة ضوئية لها، دخلت المركبة الفضائية في دورة غير منضبطة وانشطرت. يقول ياماجوتشي إن أداء XRISM كان جيدًا حتى الآن، وقد زود العلماء بالفعل بوفرة من البيانات منذ أول ضوء في شهر يناير، بما في ذلك بعض الاكتشافات التي لم يتوقع أحد العثور عليها.
“هناك الكثير من المفاجآت”، يضحك ياماغوتشي وهو يلقي نظرة سريعة على المطبوعات المختلفة الملصقة على السبورة.
ومع ذلك، هناك مشكلة صغيرة.
أولاً، الأخبار الجيدة: الأداة الرئيسية للتلسكوب، وهي مطياف الأشعة السينية الناعمة المعروف باسم Resolve، تعمل كما هو متوقع. الأخبار الأسوأ قليلاً: لم يتم فتح باب الفتحة الذي يغطي Resolve. فشلت المحاولات المتعددة لفتح الباب – أو “صمام البوابة”. على الرغم من التقارير التي تشير إلى أن وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) ووكالة ناسا (NASA) قد فعلتا ذلك قررت “تشغيل المركبة الفضائية كما هي لمدة 18 شهرًا على الأقل“، أخبرني ياماغوتشي أنه “لم يتم تحديده رسميًا”.
وأكد متحدث باسم ناسا أن “ناسا وجاكسا تواصلان إجراء مناقشات مستمرة حول أفضل مسار للأمام لتشغيل XRISM؛ والخيار الرئيسي الحالي هو جمع العلوم لمدة 18 شهرًا القادمة قبل القيام بمحاولة أخرى لفتح صمام البوابة، لكن الوكالات لن تفعل ذلك”. مواصلة تقييم البدائل.”
مع إغلاق الباب، فضول “ماذا لو؟” الوضع بالنسبة للمتخصصين في المهمة وعلماء فلك الأشعة السينية يطرح نفسه. فمن ناحية، تعمل المركبة الفضائية بشكل رائع وتُظهر قدرتها على تقديم كمية كبيرة من البيانات الجديدة والمثيرة. محاولة فتح الباب قد تؤدي إلى إتلاف المركبة الفضائية. ومن ناحية أخرى، فإن فتح الباب يمكن أن يغير فهمنا للكون بشكل جذري.
حل ل x'
توفر الأشعة السينية وسيلة لاستكشاف بعض الظواهر الأكثر نشاطًا في الكون، ولكن نظرًا لأن الغلاف الجوي للأرض يحجب الأشعة السينية، فإن التلسكوبات الفضائية تعد شرطًا أساسيًا.
تقول لي أورورا سيميونيسكو، عالمة الفيزياء الفلكية في المعهد الهولندي لأبحاث الفضاء: “إننا نكشف النقاب عن تركيبة الكون”. “هذا ما تفعله الأشعة السينية.”
يوجد حاليًا أكثر من اثني عشر تلسكوبًا للأشعة السينية في الفضاء، بما في ذلك مرصد شاندرا التابع لناسا، وهو أحد ما يسمى بالمراصد الكبرى، وربما الأكثر شهرة بسبب مناظر لا تصدق لقد قدمت لكون الأشعة السينية. ويأمل XRISM، بفضل قدرته على رؤية أطياف الأشعة السينية الأكثر تفصيلاً حتى الآن، في تكوين إرث مماثل. ومع ذلك، يشير ياماغوتشي إلى أنه على الرغم من أن تشاندرا وXRISM يراقبان نفس الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي، إلا أنهما من المفترض أن يفعلا ذلك بطرق مختلفة. هذا يأتي إلى الأجهزة الموجودة على متن الطائرة.
الحل هو ما يعرف بمقياس الطيف الدقيق. يقوم جهاز الكشف بتحويل الأشعة السينية إلى حرارة، وقياس التغيرات الدقيقة في درجة الحرارة – نحن نتحدث عن التغيرات في الميليكلفين – لتحديد عدد وطاقة الأشعة السينية المرصودة القادمة من منطقة معينة من الفضاء. يتم قياس الطاقة بالإلكترون فولت (eV).
ولذلك يجب تبريد الجهاز إلى درجات قليلة فقط فوق الصفر المطلق. وهذا أبرد حتى من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وهو الإشعاع المتبقي من بداية الزمن. هذا الإشعاع منتشر في جميع أنحاء كوننا، حتى الآن مخفية عن العين البشرية بسبب مدى برودة الجو تمامًا. يقول سيميونيسكو: “أنت في الأساس أبرد بنحو 30 مرة من أبرد جزء في الفضاء الخارجي”. يتم تحقيق تأثير التبريد الشديد بالوسائل الكيميائية والميكانيكية.
يستخدم تشاندرا نمطًا مختلفًا من كاشف الأشعة السينية، والذي يتميز بمجموعة من الأجهزة المقترنة بالشحن، أو CCDs. وهذا يحول فوتونات الأشعة السينية إلى إلكترونات، بدلا من الحرارة.
يعد قياس الطاقة مفيدًا بشكل خاص، لأنه يمكنك رسم عدد الأشعة السينية التي تصل إلى التلسكوب الخاص بك مقابل مستوى طاقتها، مما يؤدي إلى إنشاء ما يسميه الباحثون “الطيف”. يتمتع حل XRISM بميزة في هذه الحالة. إنه قادر على قياس طاقات أعلى بنحو 20 إلى 30 مرة من قدرة تشاندرا، وبدقة أكبر. يقول باتريك سلان، مدير مركز تشاندرا للأشعة السينية: “يسمح هذا لـXRISM بدراسة المزيد من التفاصيل حول الفيزياء الذرية وبنية سرعة مصادر الأشعة السينية”.
ومع ذلك، تتمتع شاندرا بمزايا خاصة بها. يقول سلان إنه مصنوع أيضًا من مرايا الأشعة السينية الأعلى جودة على الإطلاق، مما يعني أن جودة التصوير الخاصة به تتجاوز بكثير جودة XRISM. المفتاح هنا هو أن المرايا تعطي تشاندرا دقة زاوية تبلغ 0.5 ثانية قوسية، مما يسمح لشاندرا بالتمييز بين الأجسام القريبة من بعضها البعض في السماء. قارن ذلك بـ XRISM، الذي يتمتع بدقة زاويّة تبلغ 1.7 قوسًادقائق.
بفضل هذا الإنجاز الهندسي، يقول سلان إن تشاندرا يمكنه انتقاء مصادر الأشعة السينية النقطية بسهولة أكبر بنحو 200 مرة من XRISM. من الناحية العملية، هذا يجعل تلسكوب ناسا مفيدًا للغاية للتركيز على تلك المصادر النقطية – الأهداف البعيدة والأصغر مثل النجوم النيوترونية والكواكب والمذنبات. يعد XRISM مفيدًا للأهداف “الممتدة”، مثل الغاز المنتشر بين المجرات وداخلها.
وهو ما يقودنا أخيرًا إلى صمام بوابة XRISM: الباب المغلق يمنع بشكل فعال الأشعة السينية منخفضة الطاقة من الوصول إلى الكاشف. اعتبارًا من الآن، يواصل التلسكوب استكشاف عالم الأشعة السينية عالي الطاقة لأن تلك الأطوال الموجية لا تتأثر بمعضلة البوابة – في الواقع، يقول كل من ياماغوتشي وسيميونيسكو إنه يقدم بالفعل نتائج رائعة عند الطاقات الأعلى.
ولكن إذا ظل الباب عالقًا إلى الأبد، فسيتعين على العلماء أن يتعاملوا مع أجزاء من الكون التي لا يمكن الوصول إليها … على الأقل، حتى يأتي تلسكوب آخر للأشعة السينية، والذي من المرجح أن يكون مهمة أثينا في منتصف ثلاثينيات القرن الحالي.
بوابة XRISMgate
تم تصميم صمام البوابة للحفاظ على شبه فراغ داخل ناظم البرد الخاص بالتلسكوب – الثلاجة التي تضمن بقاء أدواته شديدة البرودة – بينما كان XRISM متمركزًا على الأرض.
وبمجرد وصول التلسكوب إلى مداره، فإن الحفاظ على هذا النوع من الفراغ لن يمثل مشكلة. في الفضاء، الفضاء نفسه يخلق الفراغ. ولهذا السبب، تم تصميم صمام البوابة ليتم فتحه في عملية من خطوتين بعد الإطلاق، عبر مجموعة من المحركات. باختصار، تنزلق المحركات إلى الخلف للسماح للباب – المصنوع من نافذة من البريليوم وشبكة فولاذية – بالفتح. هذا لم يحدث.
وقد حاولت وكالة استكشاف الفضاء اليابانية فتح الجهاز في ثلاث مناسبات مختلفة، لكنها لم تتزحزح. ستكون المحاولة التالية أكثر خطورة، حيث قد تتطلب من المركبة الفضائية أن تقوم بالإحماء من درجات الحرارة المنخفضة للغاية والاهتزاز. الهدف؟ إزاحة المحركات بالقوة. وهذا خطر ستحتاج وكالات الفضاء العاملة في XRISM إلى تقييمه. مع إغلاق صمام البوابة، فإنهم يقومون بالفعل بحفظ البيانات المصرفية. وهي بيانات جيدة جدًا.
يقول سيميونيسكو: “أجمل شيء هو عندما تنظر إلى البيانات، ولا تبدو مثل ما توقعته – وهذا يحدث مع بيانات XRISM الحالية”.
ومع ذلك، لا تزال هذه فترة استراحة صعبة بالنسبة لسيميونيسكو. إنها مهتمة بشكل خاص بدراسة الأشعة السينية الصادرة عن “الأغلفة الجوية المجرية” – وهي الأشياء التي تم تصميم XRISM للنظر إليها باستخدام صمام البوابة المفتوحة. ومع إغلاق البوابة، يظل ذلك الجزء من عالم الأشعة السينية مغلقًا بعيدًا. إنها تتفق تمامًا مع قرار عدم المخاطرة بمحاولة فتح البوابة – على الأقل في الوقت الحالي. لكن هذا لا يعني أنه ليس مؤلمًا، معرفة ما يمكن أن يكون.
يقول سيمونيسكو: “إنني أشعر بالحزن الشديد لأننا لا نستطيع رؤية أقل من 2 كيلو إلكترون فولت”.
وماذا يمكن أن يكون؟
يمكن لبعض التلسكوبات الفضائية للأشعة السينية، مثل XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، رؤية أشعة سينية ذات طاقة أقل، تصل إلى أقل من 2 كيلو إلكترون فولت. على سبيل المثال، رصدت مجموعة كوما، التي تحتوي على أكثر من 1000 مجرة، بطاقة منخفضة تصل إلى 0.3 كيلو إلكترون فولت. وأداة XRISM الأخرى، Xtend، قادرة أيضًا على الوصول إلى طاقات أقل. لكن هذه أجهزة كشف CCD أيضًا وليست مفيدة للحصول على الأطياف.
باستثناء XRISM، لا يوجد تلسكوب للأشعة السينية يدور حول الأرض ولديه القدرة على النظر عبر الأجسام “الممتدة” ذات الطاقات المنخفضة وبدقة عالية، وهو أمر مهم بشكل خاص لعمل Simionescu.
خلال مكالمة عبر الإنترنت، قامت بمشاركة صورة واسعة النطاق للأشعة السينية لـ M87، أول ثقب أسود يصوره الإنسان بالضوء المرئي. كانت الصورة قطعت من قبل شاندرا في عام 2019.
تقول بحماس: “هذا هو الشيء المفضل لدي في العالم”.
الفضاء المحيط بهذا الثقب الأسود هو دوامة. يرتد مؤشر Simionescu حول السماء وهي تشير إلى التدفق الكبير المنبعث من الثقب الأسود بالإضافة إلى مناطق الغاز الكثيف وخيط طويل يمتد سنوات ضوئية في الكون. تصف رسمًا بيانيًا للأطياف التي رصدتها تشاندرا في M87 – جميعها أقل من 2 كيلو إلكترون فولت – وتلاحظ كيف أنها كلها “ضخمة جدًا” من خطوط الانبعاث من الأكسجين والنيون والنيكل والغازات الأخرى.
مع فتح البوابة، سوف يتغير ذلك.
وتقول: “يمكنك معرفة تركيبة الغاز، وكيف يتم تحريكه، وكيف يتم دفعه للخارج بواسطة الثقب الأسود – وهي جميع المعلومات التي لا يمكنك الحصول عليها في الوقت الحالي”.
من المثير للاهتمام أن نفكر في القفزة إلى الأمام مع XRISM على خلفية حالة عدم اليقين التي تحيط بمهمة تشاندرا التابعة لناسا.
لسوء الحظ، يمكن أن يخلو مجال علم الفلك بالأشعة السينية من تشاندرا في المستقبل القريب. وتواجه عمليات التلسكوب الفضائي، التي استمرت لمدة 25 عامًا، تخفيضات كبيرة في الميزانية في عام 2024. يقول علماء الفلك ستؤدي الميزانية المقترحة إلى إلغاء المهمة.
يقول سلان: “إذا تم إلغاء تشاندرا، فسنفقد مصدرًا هائلاً لجميع الفيزياء الفلكية الحديثة”.
قصص ذات الصلة:
– معظم النجوم الزائفة هي قوة شرسة من الطبيعة، ولكن ليس هذه
– صورة الأشعة السينية للكون تكشف ما يقرب من مليون جسم عالي الطاقة: “هذه أرقام مذهلة”
– قد تُظلم المركبة الفضائية للأشعة السينية شاندرا قريبًا، مما يهدد قدرًا كبيرًا من علم الفلك
سيكون ذلك بمثابة نهاية مخزية للمرصد العظيم، الذي يظل ذا قيمة لا تقدر بثمن بالنسبة للاكتشافات المستقبلية، بما في ذلك العمل جنبًا إلى جنب مع XRISM. إذا قامت وكالة استكشاف الفضاء اليابانية بفتح بابها، فسيكون تشاندرا أداة مهمة لمتابعة ملاحظات XRISM.
في هذه الأثناء، ستظل أشباح سوزاكو وهيتومي باقية حتى المحاولة التالية لفتح الباب. في الوقت الحالي، فإن مجال علم فلك الأشعة السينية متحمس لما سيأتي. السيناريو الأسوأ ليس سيئًا إلى هذا الحد، اعتمادًا على الطريقة التي تنظر بها إليه.
يقول سيمونيسكو: “إننا نجمع بيانات رائعة لم يتمكن أحد من الحصول عليها من قبل”. “الأطياف كلها مذهلة للغاية.”