موسسه اقلیدس دقیق ترین نقشه سه بعدی جهان را ارائه کرد

این دستاورد زمینه را برای تهیه بزرگترین نقشه سه بعدی جهان فراهم می کند. پروژه ای با هدف کشف رازهای دنیای تاریک اروپا در حال انجام است. چندین مرکز تحقیقاتی آلمان نیز نقش مهمی در موفقیت این ماموریت داشته اند.

مجموعه داده جدید که بنیاد DR1 نام دارد، شامل حدود 13 ماه مشاهدات فضایی است و اولین انتشار در مقیاس بزرگ داده از ماموریت اقلیدس از زمان پرتاب آن در اواسط سال 2023 است. برای اولین بار، این داده ها قطعات لازم را برای تهیه نقشه دقیق و سه بعدی از کیهان در اختیار دانشمندان قرار می دهد. نقشه ای که می تواند به حل بسیاری از اسرار جهان تاریک، از جمله انرژی تاریک، ماده تاریک، و شبکه کیهانی کهکشان ها و خوشه های کهکشانی کمک کند.

علاوه بر داده های رصدی، این مجموعه شامل طیف های نوری و تصاویر متعدد از جمله موزاییک های آسمانی گسترده است. کارول موندل، مدیر علمی آژانس فضایی اروپا درباره اهمیت این دستاورد گفت:

این تصاویر فقط عکس های زیبایی نیستند، بلکه امروزه شاهد یک نقطه عطف علمی در مطالعه کیهان هستیم.

این مجموعه بی‌سابقه از مشاهدات نوری و مادون قرمز نزدیک، بزرگترین نقشه آسمان در نوع خود را تشکیل می‌دهد که تاکنون از فضا تولید شده است.

دستاوردهای علمی و اکتشافات جدید

انتشار داده های جدید اولین فرصت برای نشان دادن قابلیت های اقلیدس در مطالعه گسترده آسمان است. گستردگی تصاویر پانوراما و پوشش وسیع آسمان در طول موج های مرئی و نزدیک به فروسرخ امکان انجام تحقیقات علمی مختلف را فراهم می کند.

بررسی نزدیک به 10000 تصویر علمی از مجموعه بنیاد DR1 تعداد بی سابقه ای از اجرام کیهانی را نشان داده است، از جمله:

• بیش از 900 میلیون کهکشان
• حدود 15000 کاندید لنز گرانشی قوی
• بیش از 60 میلیون نامزد اختروش; هسته های درخشان کهکشان های دور
• طیف نوری از بیش از 160 میلیون منبع
• نتایج بررسی گسترده آسمان اقلیدس در محدوده 1900 درجه مربع، معادل حدود 14 درصد از کل آسمانی است که قرار است در طول ماموریت شش ساله بررسی شود.
• حدود 1.7 میلیون گیگابایت داده

والریا پتورینو، دانشمند پروژه اقلیدس در آژانس فضایی اروپا، در مورد تفاوت بین این انتشار و داده های قبلی گفت:

از نظر مقیاس، این مجموعه تفاوت چشمگیری با انتشارات قبلی اقلیدس دارد. داده های قبلی تنها شامل چند روز مشاهدات از منطقه ای به وسعت حدود 60 درجه مربع از آسمان بود، اما اکنون ما در حال انتشار بیش از یک سال مشاهدات در منطقه بسیار وسیع تری هستیم. این دستاورد راه را برای تحقیقات علمی تحول آفرین هموار خواهد کرد.

نقش مهم مراکز تحقیقاتی آلمان در مأموریت اقلیدس

تصاویر این ماموریت با استفاده از دو ابزار علمی تهیه شده است: دوربین VIS با وضوح 600 مگاپیکسل برای ثبت نور مرئی و ابزار NISP برای طیف سنجی و نورسنجی مادون قرمز نزدیک.

موسسه ماکس پلانک برای نجوم در هایدلبرگ و موسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی در گارشینگ، نزدیک مونیخ، در ساخت اجزای نوری حیاتی ابزارها مشارکت داشتند. همچنین داده های ثبت شده در مراکز مختلف از جمله مرکز داده های علمی آلمان (SDC-DE) که زیر نظر موسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک فعالیت می کند، پردازش می شود تا برای استفاده علمی آماده شود.

دانشمندان بیش از 300 موسسه تحقیقاتی در آلمان و سایر کشورها، از جمله موسسه ماکس پلانک و دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ، مسئول تجزیه و تحلیل این اطلاعات هستند. بیش از 2500 محقق نیز از داده های ماموریت استفاده می کنند.

فرانک گروپ، مدیر پروژه اقلیدس در آلمان و طراح معماری نوری این مأموریت از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان و موسسه ماکس پلانک، در مورد نقش فناوری های توسعه یافته در مونیخ گفت:

این دستاورد به لطف سیستم های نوری ساخته شده در مونیخ با استفاده از پیشرفته ترین روش ها ممکن شده است. این فناوری ها امکان انتقال تصاویر با کیفیت بالا را به ایستگاه زمینی فراهم می کند. اکنون، پس از بیش از 15 سال فعالیت های مقدماتی پیش از پرتاب و بیش از سه سال از قرار گرفتن تلسکوپ در مدار، تلاش های ما به نتایج دگرگون کننده ای رسیده است.

با وجود کیفیت بالای تصاویر، داده ها باید از نظر اثرات ناشی از تجهیزات اصلاح شده و قبل از استفاده علمی به کمیت های فیزیکی تبدیل شوند. دانشمندان مؤسسه نجوم ماکس پلانک، به ویژه میشا شیرمر و کری پترسون، این فرآیند را که کالیبراسیون نامیده می شود، هماهنگ و مدیریت می کنند.

شیرمر درباره مراحل این فعالیت گفت:

این کار با طراحی و برنامه ریزی مشاهدات مورد نیاز برای کالیبراسیون شروع می شود و به مشخص کردن ویژگی های تلسکوپ و ابزار آن و بررسی تغییرات احتمالی این ویژگی ها در طول زمان ادامه می یابد.

یوخن ولر از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان نیز درباره اهمیت این داده ها و نقش آنها در شناخت جهان گفت:

من بسیار خوشحال و هیجان‌زده هستم که اکنون می‌توانیم قدم دیگری برای درک اینکه چرا انبساط جهان شتاب می‌گیرد، برداریم. معمایی که نزدیک به 30 سال است که فیزیکدانان را به چالش کشیده است. پس از سال‌ها آماده‌سازی، واقعاً خوشحال‌کننده است که می‌بینیم این داده‌ها در دسترس هستند و مرحله جدیدی از سفر تحقیقاتی ما را آغاز می‌کنیم.

اولین نقطه عطف مهم ماموریت اقلیدس

انتشار مجموعه بنیاد DR1 اولین دستاورد مهم ماموریت اقلیدس پس از سال ها برنامه ریزی و توسعه است.

از آلمان، رالف بندر از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان و موسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی، هانسوالتر ریک از موسسه نجوم ماکس پلانک و پیتر اشنایدر از دانشگاه بن از اعضای موسس پروژه اقلیدس بودند و در شکل گیری اولیه این ماموریت نقش اساسی داشتند. بدون مشارکت آنها، پروژه به موقعیت فعلی خود نمی رسید.

بندر و ریکس نماینده آلمان در هیئت مدیره کنسرسیوم اقلیدس هستند. اشنایدر همچنین رئیس هیئت تحریریه این کنسرسیوم است و نقش مهمی در سازماندهی روند بررسی علمی کلیه مقالات پژوهشی آن دارد.

با انتشار اولیه، اقلیدس بزرگترین مجموعه تصاویر فضایی را در اختیار جامعه نجوم قرار داده است. مجموعه ای که حداقل در آینده ای قابل پیش بینی رقیبی در بین داده های تصویری تلسکوپ های فضایی نخواهد داشت.

پردازش چنین حجم عظیمی از اطلاعات، چالش های بزرگی را برای مراکز محاسباتی شرکت کننده ایجاد می کند. محدودیت فعلی در دسترسی به سخت افزار جدید نیز این مشکلات را افزایش داده است. علاوه بر این، داده های ماموریت به دقت بسیار بالایی در اندازه گیری نور اجرام نجومی نیاز دارند. اندازه گیری که به عنوان دقت فتومتریک شناخته می شود.

ماکسیمیلیان فابریسیوس، مدیر مرکز داده اقلیدس آلمان از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان و موسسه ماکس پلانک، درباره نتایج تلاش های چند ساله تیم پردازش داده گفت:

بسیار هیجان انگیز است که می بینیم خطوط پردازش داده ای که تیم ما در سال های گذشته توسعه داده اند، اکنون در حال جمع شدن و تولید نتایج علمی هستند.

ستاره شناسان از اصطلاح خطوط لوله برای نرم افزارهای علمی استفاده می کنند که داده های خام را در مراحل متوالی پردازش می کند و آنها را به نتایج دقیق تر و کامل تر تبدیل می کند. این سیستم ها بر اساس نرم افزار و الگوریتم های توسعه یافته در دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان توسعه یافته اند و اکنون در مراکز محاسباتی در سراسر اروپا و ایالات متحده آمریکا فعال هستند.

دستگاهی برای تشخیص اجرام کمیاب کیهانی

اقلیدس در فضا و خارج از جو زمین کار می کند. بنابراین بر خلاف تلسکوپ های زمینی تحت تاثیر تار شدن تصاویر و کاهش شدت نور ناشی از جو قرار نمی گیرد. این ویژگی به آن اجازه می دهد تا بررسی های گسترده و عمیقی از آسمان انجام دهد.

در نتیجه، داده‌های جدید تعداد بسیار بیشتری از اجرام کیهانی را نسبت به هر بررسی قبلی نشان داده است و توانایی دانشمندان را برای شناسایی اجرام کمیاب و بسیار دور افزایش می‌دهد. عدسی های گرانشی قوی و خوشه های کهکشانی از جمله مهم ترین این اجرام هستند.

عدسی های گرانشی قوی که اقلیدس به دنبال آن است، پدیده های بسیار نادری هستند. این پدیده زمانی شکل می گیرد که نور یک کهکشان دور به شدت منحرف شده و در هنگام عبور از یک کهکشان پیش زمینه منحرف می شود.

مجموعه داده های جدید بزرگترین کاتالوگ لنزهای گرانشی قوی ثبت شده را در اختیار دانشمندان قرار می دهد. لیستی که تعداد آیتم های آن از مجموع همه لیست های قبلی بیشتر باشد. این پدیده ها به محققان اجازه می دهد تا جرم کهکشان های منفرد، از جمله ماده تاریک نامرئی موجود در آنها را اندازه گیری کنند و اطلاعات بیشتری در مورد روند انبساط کیهان به دست آورند.

خوشه های کهکشان همچنین اطلاعات ارزشمندی در مورد چگونگی تجمع ماده و رشد ساختارهای کیهانی در سراسر جهان ارائه می دهند.

باربارا سارتوریس از آزمایشگاه ژان لگرانژ در نیس، فرانسه، که قبلاً روی داده‌های اقلیدس در دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان و موسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی کار می‌کرد، گفت:

اقلیدس نه تنها به اعماق گذشته کیهانی نگاه می کند، بلکه این کار را در پهنه های وسیع آسمان انجام می دهد. این ویژگی به ما دید بی سابقه ای از تعداد زیادی از خوشه های کهکشانی باستانی را می دهد که قبلاً غیرقابل کشف بودند. در ماه‌های آینده، ما این ساختارهای عظیم را مطالعه خواهیم کرد تا بفهمیم چگونه رشد کرده‌اند و در مورد جهان تاریک به ما چه می‌گویند.

داده های اضافی از مشاهدات زمینی بخش هایی از آسمان تحت پوشش DR1 نیز به تفسیر مشاهدات اقلیدس کمک می کند. تهیه این اطلاعات تکمیلی با راهنمایی دانشمندان دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان انجام شد و هدف آن بررسی کیهان‌شناسی و ساختارهای بزرگ مقیاس جهان است.

آغاز یک سفر طولانی برای کشف دنیای تاریک

انتشار این مجموعه داده اولین قدم اقلیدس برای آشکار ساختن ساختارهای پنهان جهان است. با بررسی اطلاعات موجود، دانشمندان می توانند فاصله هر کهکشان را اندازه گیری کرده و موقعیت آن را در ساختار سه بعدی کیهان مشخص کنند. به این ترتیب کهکشان ها در شبکه عظیم و نامرئی کیهانی قرار می گیرند.

اقلیدس از طیف سنجی برای اندازه گیری فواصل و تهیه نقشه سه بعدی استفاده می کند. در این روش، نور کهکشان ها به طیف های رنگی مختلف تقسیم می شود تا اطلاعاتی در مورد فاصله آنها به دست آید. برای اجسام بسیار روشن، این روش همچنین می تواند اطلاعات بیشتری در مورد منشاء و ترکیب آنها نشان دهد.

مارتین کومل از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان در مورد ظرفیت علمی این مجموعه داده گفت:

داده های اقلیدس این پتانسیل را دارند که فصل کاملاً جدیدی را در تاریخ نجوم رصدی رقم بزنند. تصاویر ثبت شده در طول موج های نوری و نزدیک به مادون قرمز، همراه با انتقال به مادون قرمز فوتومتریک، زمینه ای برای تعداد زیادی از نتایج علمی هیجان انگیز فراهم می کند.

با وجود گستردگی چشمگیر اطلاعات منتشر شده، این مجموعه تنها حدود 14 درصد از کل منطقه آسمانی را که اقلیدس قرار است در طول ماموریت خود بررسی کند، پوشش می دهد.

انتشار کامل مجموعه داده DR1 که برای اواسط سال 2027 برنامه ریزی شده است، اطلاعات فعلی را گسترش می دهد و سایر قطعات مهم پازل کیهانی را در اختیار دانشمندان قرار می دهد. این اطلاعات شامل مشاهدات عدسی گرانشی ضعیف برای تکمیل داده‌های عدسی گرانشی قوی، و همچنین محاسبات نحوه قرارگیری کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی در شبکه وسیع کیهانی است.