موسسه اقلیدس دقیق‌ترین نقشه سه‌بعدی جهان هستی را ارائه کرد

موسسه اقلیدس و آژانس فضایی اروپا (ESA) نخستین مجموعه بزرگ داده‌های تلسکوپ فضایی اقلیدس را منتشر کردند. این داده‌ها نور بیش از یک میلیارد جرم کیهانی را ثبت کرده و محدوده‌ای از آسمان معادل ۹۵۰۰ قرص کامل ماه را پوشش می‌دهند.

این دستاورد زمینه را برای تهیه بزرگ‌ترین نقشه سه‌بعدی کیهان فراهم می‌کند؛ پروژه‌ای که با هدف کشف اسرار جهان تاریک اروپا در دست اجرا قرار دارد. چندین مرکز پژوهشی آلمان نیز نقش مهمی در موفقیت این مأموریت ایفا کرده‌اند.

مجموعه داده جدید با نام DR1 Foundation شامل حدود ۱۳ ماه رصد فضایی است و نخستین انتشار گسترده اطلاعات مأموریت اقلیدس از زمان پرتاب آن در اواسط سال ۲۰۲۳ به شمار می‌رود. این داده‌ها برای نخستین بار قطعات لازم برای ساخت نقشه‌ای دقیق و سه‌بعدی از کیهان را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند؛ نقشه‌ای که می‌تواند به حل معماهای متعدد جهان تاریک، از جمله انرژی تاریک، ماده تاریک و شبکه کیهانی متشکل از کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی کمک کند.

این مجموعه علاوه بر داده‌های رصدی، طیف‌های نوری و تصاویر متعددی از جمله موزاییک‌های گسترده آسمانی را در بر می‌گیرد. کارول موندل، مدیر علمی آژانس فضایی اروپا، درباره اهمیت این دستاورد گفت

این تصاویر صرفاً عکس‌هایی زیبا نیستند، بلکه امروز شاهد ثبت یک نقطه عطف علمی در مطالعه کیهان هستیم.

این مجموعه بی‌سابقه از مشاهدات نوری و فروسرخ نزدیک، بزرگ‌ترین نقشه آسمانی از این نوع را تشکیل می‌دهد که تاکنون از فضا تهیه شده است.

دستاوردهای علمی و کشفیات جدید

انتشار داده‌های جدید نخستین فرصت برای نمایش توانایی‌های اقلیدس در بررسی گسترده آسمان به شمار می‌رود. گستردگی تصاویر پانوراما و پوشش وسیع آسمان در طول موج‌های نور مرئی و فروسرخ نزدیک، امکان انجام پژوهش‌های علمی متنوعی را فراهم می‌کند.

بررسی حدود ۱۰ هزار تصویر علمی مجموعه DR1 Foundation، تعداد بی‌سابقه‌ای از اجرام کیهانی را آشکار کرده است که شامل موارد زیر می‌شوند

• بیش از ۹۰۰ میلیون کهکشان
• حدود ۱۵ هزار نامزد عدسی گرانشی قوی
• بیش از ۶۰ میلیون نامزد اختروش؛ هسته‌های درخشان کهکشان‌های دوردست
• طیف‌های نوری مربوط به بیش از ۱۶۰ میلیون منبع
• نتایج بررسی گسترده آسمان اقلیدس در محدوده ۱۹۰۰ درجه مربع، معادل حدود ۱۴ درصد از کل آسمانی که قرار است طی مأموریت شش‌ساله بررسی شود
• حدود ۱.۷ میلیون گیگابایت داده

والریا پتورینو، دانشمند مسئول پروژه اقلیدس در آژانس فضایی اروپا، درباره تفاوت این انتشار با داده‌های قبلی گفت

این مجموعه از نظر مقیاس با انتشارهای قبلی اقلیدس تفاوت چشمگیری دارد. داده‌های پیشین تنها شامل چند روز رصد از محدوده‌ای حدود ۶۰ درجه مربع از آسمان بودند، اما اکنون اطلاعات بیش از یک سال مشاهده را در منطقه‌ای بسیار گسترده‌تر منتشر می‌کنیم. این دستاورد مسیر را برای تحقیقات علمی تحول‌آفرین هموار خواهد کرد.

نقش مهم مراکز پژوهشی آلمان در مأموریت اقلیدس

تصاویر این مأموریت با استفاده از دو ابزار علمی تهیه شده‌اند: دوربین VIS با وضوح ۶۰۰ مگاپیکسل برای ثبت نور مرئی و ابزار NISP برای طیف‌سنجی و نورسنجی فروسرخ نزدیک.

مؤسسه ماکس پلانک برای نجوم در هایدلبرگ و مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی در گارشینگ، نزدیک مونیخ، در ساخت قطعات نوری حیاتی این ابزارها مشارکت داشته‌اند. داده‌های ثبت‌شده نیز در مراکز مختلف، از جمله مرکز داده علمی آلمان (SDC-DE) که زیر نظر مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی فعالیت می‌کند، پردازش می‌شوند تا برای استفاده علمی آماده باشند.

دانشمندان بیش از ۳۰۰ مؤسسه پژوهشی در آلمان و سایر کشورها، از جمله مؤسسات ماکس پلانک و دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ، وظیفه تحلیل این اطلاعات را بر عهده دارند. بیش از ۲۵۰۰ پژوهشگر نیز از داده‌های مأموریت استفاده می‌کنند.

فرانک گروپ، مدیر پروژه اقلیدس در آلمان و طراح معماری نوری این مأموریت از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان و مؤسسه ماکس پلانک، درباره نقش فناوری‌های توسعه‌یافته در مونیخ گفت

این دستاورد به لطف سامانه‌های نوری ساخته‌شده در مونیخ با استفاده از پیشرفته‌ترین روش‌ها امکان‌پذیر شده است. این فناوری‌ها اجازه می‌دهند تصاویر با کیفیتی فوق‌العاده به ایستگاه زمینی منتقل شوند. اکنون پس از بیش از ۱۵ سال فعالیت مقدماتی پیش از پرتاب و بیش از سه سال حضور تلسکوپ در مدار، تلاش‌های ما به نتایجی تحول‌آفرین رسیده‌اند.

با وجود کیفیت بالای تصاویر، داده‌ها پیش از استفاده علمی باید از نظر اثرات ناشی از تجهیزات اصلاح و به کمیت‌های فیزیکی تبدیل شوند. دانشمندان مؤسسه ماکس پلانک برای نجوم، به‌ویژه میشا شیرمر و کری پترسون، هماهنگی و مدیریت این فرایند را بر عهده دارند که کالیبراسیون نامیده می‌شود.

شیرمر درباره مراحل این فعالیت گفت

این وظیفه از طراحی و برنامه‌ریزی مشاهدات موردنیاز برای کالیبراسیون آغاز می‌شود و تا مشخص کردن ویژگی‌های تلسکوپ و ابزارهای آن و بررسی تغییرات احتمالی این ویژگی‌ها در طول زمان ادامه پیدا می‌کند.

یوخن وِلر از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان نیز درباره اهمیت این داده‌ها و نقش آن‌ها در شناخت جهان گفت

بسیار خوشحال و هیجان‌زده‌ام که اکنون می‌توانیم گام دیگری برای درک دلیل شتاب گرفتن انبساط جهان برداریم؛ معمایی که نزدیک به ۳۰ سال فیزیک‌دانان را به چالش کشیده است. پس از سال‌ها آماده‌سازی، مشاهده در دسترس قرار گرفتن این داده‌ها و آغاز مرحله جدیدی از مسیر پژوهشی ما واقعاً لذت‌بخش است.

نخستین نقطه عطف بزرگ مأموریت اقلیدس

انتشار مجموعه DR1 Foundation نخستین دستاورد بزرگ مأموریت اقلیدس پس از سال‌ها برنامه‌ریزی و توسعه به شمار می‌رود.

از آلمان، رالف بندر از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان و مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی، هانس‌والتر ریکس از مؤسسه ماکس پلانک برای نجوم و پیتر اشنایدر از دانشگاه بن، از اعضای بنیان‌گذار پروژه اقلیدس بودند و در شکل‌گیری اولیه این مأموریت نقش اساسی داشتند. بدون مشارکت آن‌ها، پروژه به جایگاه کنونی خود نمی‌رسید.

بندر و ریکس نمایندگی آلمان در هیئت‌مدیره کنسرسیوم اقلیدس را بر عهده دارند. اشنایدر نیز رئیس هیئت تحریریه این کنسرسیوم است و در سازمان‌دهی فرایند داوری علمی تمام مقالات پژوهشی آن نقش مهمی ایفا می‌کند.

اقلیدس با همین انتشار اولیه، بزرگ‌ترین مجموعه تصاویر فضایی در دسترس جامعه نجوم را ارائه کرده است؛ مجموعه‌ای که دست‌کم در آینده قابل پیش‌بینی، رقیبی در میان داده‌های تصویری تلسکوپ‌های فضایی نخواهد داشت.

پردازش چنین حجم عظیمی از اطلاعات، چالش‌های بزرگی برای مراکز محاسباتی مشارکت‌کننده ایجاد می‌کند. محدودیت فعلی در دسترسی به سخت‌افزارهای جدید نیز این دشواری‌ها را افزایش داده است. علاوه بر این، داده‌های مأموریت به دقت بسیار بالایی در اندازه‌گیری نور اجرام نجومی نیاز دارند؛ معیاری که با عنوان دقت نورسنجی شناخته می‌شود.

ماکسیمیلیان فابریسیوس، مدیر مرکز داده اقلیدس آلمان از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان و مؤسسه ماکس پلانک، درباره نتایج تلاش‌های چندساله تیم پردازش داده گفت

دیدن اینکه خطوط پردازش داده‌ای که تیم ما طی سال‌های گذشته توسعه داده، اکنون در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند و نتایج علمی تولید می‌کنند، بسیار هیجان‌انگیز است.

ستاره‌شناسان اصطلاح خطوط پردازش یا پایپ‌لاین را برای نرم‌افزارهای علمی به کار می‌برند که اطلاعات خام را طی مراحل متوالی پردازش کرده و به نتایج دقیق‌تر و کامل‌تر تبدیل می‌کنند. این سامانه‌ها بر پایه نرم‌افزارها و الگوریتم‌هایی توسعه یافته‌اند که در دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان آماده شده‌اند و اکنون در مراکز محاسباتی سراسر اروپا و ایالات متحده آمریکا فعالیت می‌کنند.

دستگاهی برای کشف اجرام نادر کیهانی

اقلیدس در فضا و خارج از جو زمین فعالیت می‌کند؛ بنابراین برخلاف تلسکوپ‌های زمینی، تحت تأثیر تاری تصاویر و کاهش شدت نور ناشی از جو قرار ندارد. این ویژگی به آن اجازه می‌دهد بررسی‌های عمیق و گسترده‌ای از آسمان انجام دهد.

در نتیجه، داده‌های تازه تعداد بسیار بیشتری از اجرام کیهانی را نسبت به تمام بررسی‌های پیشین آشکار کرده‌اند و توانایی دانشمندان برای شناسایی اجرام نادر و بسیار دوردست را افزایش داده‌اند. عدسی‌های گرانشی قوی و خوشه‌های کهکشانی از جمله مهم‌ترین این اجرام هستند.

عدسی‌های گرانشی قوی که اقلیدس در جست‌وجوی آن‌هاست، پدیده‌هایی بسیار نادر محسوب می‌شوند. این پدیده زمانی شکل می‌گیرد که نور یک کهکشان دوردست هنگام عبور از کنار یک کهکشان پیش‌زمینه، به‌شدت منحرف و دچار اعوجاج شود.

مجموعه داده جدید بزرگ‌ترین فهرست عدسی‌های گرانشی قوی ثبت‌شده تاکنون را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد؛ فهرستی که تعداد موارد آن از مجموع تمام فهرست‌های پیشین بیشتر است. این پدیده‌ها به پژوهشگران امکان می‌دهند جرم کهکشان‌های منفرد، از جمله ماده تاریک نامرئی موجود در آن‌ها، را اندازه‌گیری کنند و اطلاعات بیشتری درباره روند انبساط جهان به دست آورند.

خوشه‌های کهکشانی نیز اطلاعات ارزشمندی درباره نحوه تجمع ماده و رشد ساختارهای کیهانی در سراسر جهان ارائه می‌دهند.

باربارا سارتوریس از آزمایشگاه ژان لگرنج در شهر نیس فرانسه که پیش‌تر در دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان و مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی روی داده‌های اقلیدس کار کرده بود، درباره اهمیت این مشاهدات گفت

اقلیدس فقط به اعماق گذشته کیهان نگاه نمی‌کند، بلکه این کار را در محدوده‌های بسیار وسیعی از آسمان انجام می‌دهد. این ویژگی دیدگاهی بی‌سابقه درباره تعداد زیادی از خوشه‌های کهکشانی باستانی در اختیار ما قرار می‌دهد که پیش از این امکان بررسی آن‌ها وجود نداشت. طی ماه‌های آینده این ساختارهای عظیم را مطالعه خواهیم کرد تا بفهمیم چگونه رشد کرده‌اند و چه اطلاعاتی درباره جهان تاریک در اختیار ما قرار می‌دهند.

همچنین داده‌های تکمیلی حاصل از رصدهای زمینی درباره بخش‌هایی از آسمان که در انتشار DR1 پوشش داده شده‌اند، به تفسیر مشاهدات اقلیدس کمک می‌کنند. آماده‌سازی این اطلاعات تکمیلی با هدایت دانشمندان دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان انجام گرفته و هدف آن بررسی کیهان‌شناسی و ساختارهای بزرگ‌مقیاس جهان است.

آغاز مسیری طولانی برای کشف جهان تاریک

انتشار این مجموعه داده، نخستین گام اقلیدس برای آشکار کردن ساختارهای پنهان کیهان به شمار می‌رود. دانشمندان می‌توانند با بررسی اطلاعات موجود، فاصله هر کهکشان را اندازه‌گیری و موقعیت آن را در ساختار سه‌بعدی جهان مشخص کنند. به این ترتیب، کهکشان‌ها در شبکه عظیم و نامرئی کیهانی جای می‌گیرند.

اقلیدس برای اندازه‌گیری فاصله‌ها و تهیه نقشه سه‌بعدی از طیف‌سنجی استفاده می‌کند. در این روش، نور کهکشان‌ها به طیف‌های رنگی مختلف تجزیه می‌شود تا اطلاعاتی درباره فاصله آن‌ها به دست آید. برای اجرام بسیار درخشان، این روش می‌تواند اطلاعات بیشتری درباره منشأ و ترکیب آن‌ها نیز آشکار کند.

مارتین کومل از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان درباره ظرفیت علمی این مجموعه داده گفت

داده‌های اقلیدس این توانایی را دارند که فصل کاملاً تازه‌ای در تاریخ نجوم رصدی رقم بزنند. تصاویر ثبت‌شده در طول موج‌های نوری و فروسرخ نزدیک، در کنار انتقال‌به‌سرخ‌های نورسنجی، پایه‌ای برای دستیابی به تعداد زیادی از نتایج علمی هیجان‌انگیز فراهم خواهند کرد.

با وجود گستردگی چشمگیر اطلاعات منتشرشده، این مجموعه تنها حدود ۱۴ درصد از کل محدوده آسمانی را پوشش می‌دهد که اقلیدس قرار است طی مأموریت خود بررسی کند.

انتشار کامل مجموعه داده DR1 که برای اواسط سال ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی شده، اطلاعات فعلی را گسترش خواهد داد و بخش‌های مهم دیگری از پازل کیهانی را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. این اطلاعات شامل مشاهدات عدسی گرانشی ضعیف برای تکمیل داده‌های عدسی گرانشی قوی و همچنین محاسبات مربوط به نحوه قرارگیری کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی در شبکه عظیم کیهانی خواهد بود.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.