قبل از اینکه نور از ستاره های دوردست به تلسکوپ های روی زمین برسد ، باید از طریق فضا حرکت کند و مسیر آن همیشه درست نیست. موارد عظیم مانند فضای آفتاب در اطراف آنها. هنگامی که نور در طول مسیر خود از طریق یک منطقه تحریف شده از فضا خم می شود ، این اثر به عنوان یک لنز گرانشی نامیده می شود.
اخترفیزیک گرایان با تجزیه و تحلیل آماری تحریفات ظریف در اشکال کهکشانهای پس زمینه دوردست ناشی از تأثیر لنزهای گرانشی اشیاء عظیم مانند خوشه های کهکشانی یا شبکه فضایی در پیش زمینه ، ماده تاریک را ترسیم می کنند.
“ما می توانیم از اثر لنزهای گرانشی برای اندازه گیری ماده تاریک نامرئی استفاده کنیم ، که در غیر این صورت با نگاهی به تصاویر کهکشانهای دوردست نمی بینیم و ببینیم که چگونه آنها توسط مسئله بین ما و این کهکشان تحریف شده اند ،” تئو اسمیت ذرات ذرات ذرات استنفورد در موسسه استنفورد در مؤسسه کاوالیل در دانشگاه استنفورد دانشگاه استنفورد astrophysics of particles for particle particle particles for astrophysics of particles for particles particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles of particles for particles of particles for particles of particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for particles for ذرات برای ذرات.
هرچه بیشتر تصاویر دانشمندان از همان منطقه آسمان بسازند ، تصویر ترکیبی عمیق تر می شود. تصاویر عمیق تر به معنای درک دقیق تر از توده نامرئی است که نوری را که از دور می رسد تحریف می کند. اما تعداد تصاویری که اخترفیزیست ها می توانند از آن استفاده کنند ، با قدرت تلسکوپ و سرعتی که دانشمندان می توانند آنها را تجزیه و تحلیل کنند ، محدود است.
در اواخر سال جاری ، دانشمندان با راه اندازی رصدخانه NSF-Doe Vea C. Rubin و اکتشاف ارثی وی از فضا و زمان ، یکی از این محدودیت ها را تحت فشار قرار می دهند. رصدخانه روبین به طور مشترک توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده و وزارت علوم وزارت انرژی ایالات متحده تأمین می شود. دوربین LSST روبین با جزئیات ، عمق و دامنه بی سابقه ای آسمان شب را شلیک می کند. این مطالعه هر شب بیش از 20 ترابایت داده را به مدت 10 سال جمع آوری می کند و منجر به حجم داده های مختلف ، بزرگتر از هر چیزی که کیهان شناسان یا اخترفیزیست ها قبلاً درگیر آن بوده اند ، می شود.
فیل مارشال ، معاون مدیر رصدخانه رصدخانه و SLAC می گوید: “ما قادر خواهیم بود مدارهای تعداد زیادی از ستاره ها ، کهکشان ها و اشیاء منظومه شمسی را پیدا کنیم و اندازه گیری کنیم که برای تلسکوپ های فعلی دشوار یا غیرممکن است.”
مشکل این خواهد بود: چگونه آنها بر محدودیت دیگر ، سرعتی که می توانند این تصاویر را تجزیه و تحلیل کنند ، غلبه می کنند؟
بسته می گوید: “این تعداد باعث اضطراب می شود ، اما همچنین بسیار هیجان انگیز است.”
برای هر تکه در آسمان ، روبین سرانجام چند صد تصویر را ضبط می کند ، به این معنی که دانشمندان باید روشهای جدید و مؤثرتری را برای شناسایی و تجزیه و تحلیل لنزهای گرانشی توسعه دهند.
لنز گرانشی چیست؟
دو نوع اصلی لنزهای گرانشی در کیهان شناسی وجود دارد: ضعیف و قوی.
لنز گرانشی ضعیف یک اثر نسبتاً کوچک را توصیف می کند. راشل ماندلباوم ، استاد اخترفیزیک و کیهان شناسی در دانشگاه خربزه کارنگی ، می گوید: “اشکال کهکشان که می بینیم با آنچه می بینیم که آیا مداخله جمعی وجود ندارد ، اندکی تغییر کرده است.”
هنگامی که لنزا جزئی رخ می دهد ، به صورت منسجم اتفاق می افتد ، ماندلباوم را توضیح می دهد ، به این معنی که شکل یا تصویر همه اشیاء در یک منطقه معین به همان روش تغییر می کند. “ما به دنبال این مدل های توافق شده هستیم و بنابراین می دانیم که لنز ضعیف اتفاق افتاده است.”
در حالی که نور هر کهکشان در جهان در حال تجربه یک لنز ضعیف در راه رسیدن به زمین است ، نور چند کهکشان نادر انواع مختلفی از لنزها را تجربه می کند.
لنز قوی هنگامی اتفاق می افتد که یک کهکشان دوردست بلافاصله در پشت شیء عظیم دیگر قرار دارد. این تراز ، نور را از کهکشان پس زمینه تحریف می کند به طوری که در پیش زمینه در پیش زمینه در چند نقطه مختلف پیچیده می شود و منجر به ناظر زمین می شود تا چندین تصویر از همان شیء دور را ببیند.
تصور می کند که کهکشان آبی ضعیف و دارای یک کهکشان آبی ضعیف درست در پشت آن است ، تصور کنید که به یک کهکشان آبی ضعیف و دارای یک کهکشان آبی ضعیف است. “نه این که شما این کهکشان پس زمینه را نمی بینید زیرا تاریک شده است ؛ شما آن را می بینید زیرا نور این کهکشان پس زمینه از یک جهت شروع شده است ، سپس در اطراف کهکشان عظیم در پیش زمینه خم شده و خود را در تلسکوپ شما پیدا کرد.”
یکی از راه های یادگیری در مورد فاصله با کهکشانهای عظیم جهان ، تماشای درخشش لنزهای انبوه آنها به مرور زمان است. اگر کهکشان یک سیاه چاله بیش از حد در آن داشته باشد ، به عنوان مثال ، نور ماده که در اطراف سیاه چاله قدم می زند ، سوسو می زند. مارشال می گوید: “کندی زمان بین سوسو زدن می تواند چیزی راجع به مسافت بین ما ، لنزهای گرانشی و AGN در پس زمینه به شما بگوید اگر می دانید توده کهکشان گرانشی لنز چیست.”
LSST چه چیزی را تحویل خواهد داد؟
تقریباً به اندازه یک ماشین و دو برابر وزن ، دوربین LSST رصدخانه روبین بزرگترین دوربین دیجیتالی است که تاکنون ساخته شده است. دوربین 3200 مگاپیکسلی قادر به ضبط تصاویر میلیاردها کهکشان خواهد بود.
LSST رصدخانه روبین به دانشمندان کمک می کند تا لنزهای گرانشی را که قبلاً دیده اند ، مطالعه کنند ، اما این همچنین به آنها کمک می کند تا کاتالوگ خود را به طور قابل توجهی افزایش دهند. دانشمندان در حال حاضر از حدود 1000 لنز گرانشی قوی آگاه هستند ، “اما روبین باید بتواند به چندین ده هزار نفر برسد.”
در طی پنج تا 10 سال گذشته ، کیهان شناسان تعداد کمی از لنزهای گرانشی قوی را از مرگ و میر انفجاری ستاره ها مشاهده کرده اند. سیمون برر ، دستیار فیزیک و نجوم در دانشگاه استانی بروک می گوید: “روبین تغییر بازی خواهد بود.” “ما انتظار داریم که حداقل 100 بار این کار را افزایش دهیم و حدود 50 لنز در سال ببینیم.”
در مورد لنزهای ضعیف ، پرش نیز قابل توجه خواهد بود – از چند صد میلیون نمونه برای میلیاردها نفر از آنها. بسته می گوید: “این تنها این نیست که ما منطقه بیشتری داشته باشیم ، بلکه قادر خواهیم بود خیلی عمیق تر پیش برویم تا بتوانیم کهکشانهای بسیار درخشان تری را ببینیم.”
محققان همچنین قصد دارند با ترکیب داده های LSST با اطلاعات مربوط به آزمایش های قبلی و همزمان ، مانند ابزار طیف سنجی انرژی تاریک با استفاده از DOE ، بینش های جدیدی را دریافت کنند (دره) مطالعه ای که با استفاده از NSF انجام شده است تلسکوپ 4 متری نیکلاس یو. مایال در رصدخانه ملی کیت اوجبرنامه NSF Noullab ؛ او مطالعه انرژی تاریکانجام شده با استفاده از ضریب محفظه انرژی تاریک DOE (عرشه) نصب شده در NSF تلسکوپ 4 متری Víctor M. Blanco در رصدخانه بین آمریکایی Tololo در شیلی NSF Noullab ؛ و تلسکوپ فضایی آژانس فضایی اروپا.
ماندلباوم می گوید: “البته ، ما باید هر یک از این مجموعه داده ها را به طور مستقل تجزیه و تحلیل کنیم و باید آن را به خوبی درک کنیم.” “اما آنچه من فکر می کنم به ویژه قدرتمند است ، داشتن طیف سنجی و تصاویر در همان منطقه مانند منطقه Desi-LSST با همپوشانی است که بسیار جالب خواهد بود.”
این تحقیق عمیق تر از جهان همچنین به محققان این امکان را می دهد تا به خوبی پیگیری کنند که چگونه کهکشان ها و سایر سازه های بزرگ که در جهان ما شکل گرفته اند ، شوخی می کنند ، زیرا به نظر می رسد بیشتر در فضا به معنای نگاه کردن به نوری است که به موقع باز می گردد.
دانشمندان چگونه آماده می شوند؟
ماندلباوم می گوید ، در کوتاه مدت ، دریافت موج جزر و مدی از LSST یک چالش بزرگ خواهد بود. “اولین چیزی که وقتی سعی می کنید مجموعه جدیدی از داده ها را تجزیه و تحلیل کنید این است که مشکلی پیدا می کنید و سپس باید مشکل را برطرف کنید.
او می گوید: “اما در طولانی مدت ، ما اطلاعات کیهانی بسیار بیشتری خواهیم داشت.” “بنابراین ، اگر بتوانیم تجزیه و تحلیل را به درستی انجام دهیم ، می توانیم درک خود را از مدل کیهان شناسی و انرژی تاریک به طور قابل توجهی توسعه دهیم.”
یکی از راه هایی که محققان آماده می کنند از طریق تمرین است – آزمایش شبیه سازی ها و خطوط لوله برای تجزیه و تحلیل در مقیاس داده های LSST برای اطمینان از منطقی بودن نتایج آنها. ماندلباوم می گوید: “بر اساس آنچه از مطالعات قبلی می دانیم ، حداقل می توانیم اطمینان حاصل کنیم که نتایج شبیه سازی شده ما به نوعی معنا پیدا می کند.”
Beyr می گوید ، دو همکاری تحقیقاتی مرتبط با LSST چالش هایی را برای داده های باز عمومی صادر کرده است و از شرکت کنندگان می خواهد که لنزهای گرانشی قوی را در داده های شبیه سازی شده پیدا کنند. “ما می خواهیم تا حد امکان بسیاری از افراد را در نظر بگیریم تا یاد بگیرند که چگونه با زیرساخت داده هایی که استفاده می کنیم ، مقابله کنند.”
از طریق بستر علمی روبینهمکاران از سراسر جهان می توانند با نوع داده هایی که انتظار می رود LSST تولید شود ، آشنا شوند. Beirer می گوید: “وقتی شروع به دریافت داده ها می کنیم ، این یک غرب وحشی خواهد بود.” “ما باید چیزهایی را که در حال حرکت است یاد بگیریم ، اما حداقل سعی خواهیم کرد تا حد ممکن آماده باشیم.”
محققان می گویند ، جامعه برای ساختن حداکثر داده های LSST بسیار مهم خواهد بود. ماندلباوم می گوید: “توسعه نرم افزار جامعه از همیشه مهمتر است.”
اگر هر همکاری در این مطالعه شبیه سازی ها و نرم افزارهای کیهانی خود را برای نرم افزار تصویر و تجزیه و تحلیل ایجاد کند ، احتمالاً تلاشهای کپی زیادی وجود خواهد داشت ، که این نیز مقایسه نتایج را انجام می دهد.
وی می گوید: “در تلاش های نرم افزاری جامعه ارزش قابل توجهی وجود دارد که افراد در مطالعات متعدد می توانند کمک کنند.” “ما می توانیم علم بهتری را با هم بسازیم.”
برر می گوید ، جامعه لنز قوی باید تلاش های خود را برای همکاری افزایش دهد. او می گوید: “ما نمی توانیم خودمان را با روبین انجام دهیم.”
او می گوید ، سازماندهی تیم های تحقیقاتی بیشتر تغییری برای جامعه قوی برای لنزها خواهد بود ، “اما این هیجان انگیز است ، زیرا ما با هم می توانیم کاری واقعاً ضروری انجام دهیم.”
یادداشت ویرایشگر: الف نسخه این مقاله همچنین در وب سایت رصدخانه ورا اس روبین منتشر شد.
