الخطوة التالية في هذا المجال هي بناء مصفوفة الكيلومتر المربع. لقد كنت محظوظة بما فيه الكفاية للمشاركة في مصفوفة الكيلومتر المربع خلال مراحل التصميم اللاحقة وشاهدتُ بنفسي ما استلزمه الأمر من تنظيم وتعاون هائل استمر لسنوات في جميع أ أنحاء العالم لضمان استمرار حصولنا على بيانات جديدة ونتائج جديدة وفهم جديد على مدى 30 عاما. سميت مصفوفة الكيلومتر المربع بهذا الاسم لأنها عبارة عن تلسكوب راديوي (مصفوفة من الهوائيات يغطي منطقة رصد أو تجميع في السماء، تزيد مساحتها على كيلومتر مربع. وهي تتألف من مجموعتين من المعدات تتكون الأولى من مصفوفة من الأطباق مصفوفة الكيلومتر المربع المتوسطة الترددات، في حين تتكون الثانية من مجموعة من الهوائيات الثابتة مثل مصفوفة الترددات المنخفضة (مصفوفة الكيلومتر المربع المنخفضة الترددات. وبالإضافة إلى تقسيم التجربة إلى مجموعتين من الناحية التقنية، فقد قسمت جغرافيا بعد اتخاذ قرار في عام 2012 بأن تشترك كل من جنوب أفريقيا وأستراليا في استضافتها، على أن يكون المقر الرئيسي في مانشستر بإنجلترا، أسفل تلسكوب لوفيل.

ستقام مصفوفة الكيلومتر المربع المتوسطة الترددات في جنوب أفريقيا، وتحديدًا داخل منطقة صحراء كارو. وستتألف مما يقرب من 200 طبق موزّعة على مسافة تصل إلى 150 كيلومترًا (93 ميلا)، وستستخدم في البحث عن موجات الجاذبية، وتحسين فهمنا للنسبية العامة من خلال البحث عن النجوم النابضة، بل ستمسح السماء بحثًا عن علامات على وجود حياة خارج كوكب الأرض. وعن نفسي يستهويني الهدف العلمي الأخير بوجه خاص سيتحقق علماء الكيمياء الفلكية من المناطق المحيطة بالكواكب في مراحل تكونها بحثًا عن البصمة الطيفية للبنات الحياة الأساسية؛ أي الأحماض الأمينية. 5 ففي هذه المناطق الخارجية التي تحيط بالكواكب أثناء تكونها، يمكن أن تندمج هذه اللبنات الأساسية في شكل مذنب، ومن ثَمَّ تنتقل مكونات الحياة إلى كوكب صخري داخلي. هناك أيضًا مقترح بالبحث عن مزيد من المؤشرات المباشرة للحياة الذكية خارج كوكب الأرض من خلال البحث عن إشارات الراديو التي قد تصدرها المجتمعات الذكية غير الأرضية. وفي غضون 1000 ساعة فقط من الرصد تستطيع مصفوفة الكيلومتر المربع مسح أقرب 1000 نظام نجمي بحثًا عن إشارات خافتة تشبه تلك الصادرة من رادار المطار على كواكب تبعد عشرات السنين الضوئية. وفي حال وجود إشارات تنبعث بالترددات الصحيحة، ستتمكن مصفوفة الكيلومتر المربع من التقاط هذه الإشارات بسهولة. فيما يخص الفجر الكوني، ينصب تركيزنا على مصفوفة الكيلومتر المربع المنخفضة الترددات في منطقة مورشيسون بصحراء أستراليا الغربية، إن مصفوفة الكيلومتر المربع المنخفضة الترددات عبارة عن مصفوفة هوائيات شبكية، مما يعني أنها تتكون من مجموعة كبيرة من الهوائيات الثابتة المتصلة التي لا يمكنها الدوران للتوجيه نحو السماء. وتعد حاليا مصفوفة الترددات المنخفضة أكبر تلسكوب راديوي متصل، حيث تتكون التجربة الكاملة من عدة آلاف من الهوائيات في المقابل، تضم مصفوفة الكيلومتر المربع 131 ألف هوائي، يبعد كلُّ منها عن الآخر مسافة 65 كيلومترا (40 ميلا) كحد أقصى، وفي مرحلة ثانية من التطوير سيصل هذا العدد إلى ما يقرب من مليون هوائي. من المبادئ الأساسية لتصميم مصفوفة الكيلومتر المربع تقليل عدد الأجزاء المتحركة في التلسكوب لتقليل تكلفة النشر والصيانة. يمكنني أن أشهد شخصيا على مدى سهولة نشر هذه الهوائيات، حيث إن لدينا واحدًا في المنطقة المشتركة بمكتبي، عند تسلمه، وجدنا معه إرشادات لضمان سرعة التركيب من الواضح أن الافتقار إلى المهارة اليدوية لدى عالم الفيزياء الفلكية المعتمد على النظريات لم يُؤخَذ في الاعتبار. إذ استغرق أربعة منا بضع ساعات في تركيبه. تتميز الهوائيات بأسعارها الزهيدة للغاية أيضًا، حيث يبلغ سعرها حوالي200 يورو فقط، من دون الأجهزة الإلكترونية. لم نتأكد بعد مما إذا كنا قد وصلنا إلى التصميم النهائي للهوائي، لكنه يشبه بشكل عام شجرة عيد الميلاد، ومن ثُمَّ نسميه هوائي شجرة عيد الميلاد (وبالتالي نزينه في ديسمبر).

يمكن المصفوفات الهوائيات الشبكية مثل مصفوفة الترددات المنخفضة ومصفوفة الكيلومتر المربع إجراء الرصد في اتجاهات مختلفة من خلال جمع إشارات الهوائيات بدلا من توجيه الطبق. ويبين شكل 1 مصدرين مختلفين في الفيزياء الفلكية يصدران إشعاعًا. يلتقط هوائيان هذا الإشعاع، لكن الإشارة تصل إلى كل هوائي في وقت مختلف عن الآخر. ويسمى الفرق بين زمن الوصول في الحالتين بالتأخير الزمني. يتغير التأخير الزمني حسب مكان وجود المصدر في السماء. ولتوجيه مصفوفة شبكية في اتجاه معين عليك أن تحدد فقط الإشارات ذات التأخير الزمني المكافئ للاتجاه الذي تريد رصده. وبهذه الطريقة، يمكننا القول إن المصفوفة يمكنها التحكم في اتجاهها أو(المنطقة التي ترصدها في السماء). 131 ألف مع وجود هوائي، فإن العملية تكون معقدة للغاية وكمية البيانات التي تستقبلها الهوائيات هائلة تعمل مصفوفة الكيلومتر المربع على الإسراع من التطورات التكنولوجية لمواكبة متطلبات البيانات المتوقعة، وفي الوقت نفسه إصدار قائمة لا حصر لها من الإحصاءات الفائقة، وسيعمل جهازان من أجهزة الكمبيوتر الفائقة، أحدهما في أستراليا والآخر في جنوب أفريقيا، على تسجيل كم هائل من البيانات يكفي لاستنفاد سعة مليون جهاز كمبيوتر محمول سنويًّا. وكانت سرعة تدفق البيانات إلى هوائيات مصفوفة الكيلومتر المربع المنخفضة الترددات أسرع بمقدار 100 ألف مرة من سرعة النطاق العريض المتوقعة في عام 2027. ماذا عن الكابلات الضوئية التي تربط جميع الهوائيات بجهازي الكمبيوتر الفائقين؟ هناك ما يكفي منها للالتفاف حول الأرض مرتين. تعد مصفوفة الكيلومتر المربع المنخفضة الترددات بتقديم أداء باهر بدأ بناء المصفوفة خلال عامي 2020 و2021، وبالتالي من المقرر أن تظهر أولى الملاحظات المنبثقة عن عمليات الرصد العلمي في عام 2027. إن مصفوفة الكيلومتر المربع هي التجربة الثانية في مسيرتي المهنية، بعد مصفوفة الترددات المنخفضة، وأتطلع بشغف إلى تدفق البيانات الأول الذي سيغمر أنظمتنا نحن الآن في وضع مميز بفضل ما يتوفر لدينا من كم هائل من البيانات، ولكن الأمر يستلزم منا اتخاذ قرارات سريعة بشأن ما بـ يجب الاحتفاظ به وما يجب حذفه حيث لا توجد مساحة تخزين كافية للاحتفاظ بهذه البيانات كلها.

شكل 1: يعتمد التأخير الزمني بين هوائيين يستقبلان إشارة على الموقع المصدر. يمكن عكس برمجة هذا الوضع بحيث نحلل فقط الإشارات ذات التأخير الزمني المناسب للاتجاه الذي نريد النظر إليه.

مع الجيل الحالي من التلسكوبات مثل مصفوفة الترددات المنخفضة ومصفوفة مورشيسون الواسعة المجال، نطمح إلى تحقيق أول اكتشاف لعصر إعادة التأين؛ وهو قياس درجة حرارة الهيدروجين التي تشير إلى تكون الفقاعات المتأينة وتداخلها في نهاية المطاف. وفي النهاية تتأثر نتائج هذه التجارب بعوامل كثيرة مثل مقدار الضجيج المتداخل مع الإشارة، والضجيج الصادر عن الجهاز نفسه، والضجيج القادم من السماء. ويمكننا التغلب على هذا الضجيج كلما زاد عدد عمليات الرصد التي نجريها أو كلما زاد عدد الهوائيات المستخدمة في التلسكوب ولالتقاط صورة، لا بد أن تكون نسبة الإشارة إلى الضجيج واحدًا صحيحا أو أكثر؛ أي يجب أن تكون قوة الإشارة متناسبة على الأقل مع مقدار الضجيج الصادر يصعب تحقيق ذلك الأمر باستخدام الجيل الحالي من التلسكوبات، ولذا علينا أن نقنع بإجراء أول استكشافات إحصائية من نوعها. ومع ذلك، في حالة مصفوفة الكيلومتر المربع التي تضم 131 ألف هوائي، فإن مستوى الضجيج يكون أقل بكثير حتى إن شرط»  نسبة الإشارة : الضجيج = 1» يمكن أن يتحقق تقريبًا بمجرد تشغيل المصفوفة سيتعين إجراء بعض التعديلات في إعدادات التلسكوب ولكن عندما يصبح جاهزا للعمل في أواخر العشرينيات من القرن الحادي والعشرين، يمكننا أن نتوقع الحصول على صور واضحة للفقاعات والمذهل حقًا في الأمر أننا سنتمكن من التقاط هذه الصور على مدى فترة زمنية تقارب مليار عام، مما يتيح لنا رسم خريطة لكيفية تطور الكون. إنه فيلم واقعي لكوننا وهو ينمو على مدى مليار سنة، أمام أعيننا مباشرة.

والسؤال هنا: كيف ستبدو تلك الفقاعات؟ حسنا، يعتمد الأمر على متغيرات كثيرة، سواء فيما يتعلق بالفيزياء الفلكية (العوامل المتعلقة بالغاز أو بالكون العوامل المتعلقة بالمادة المظلمة وبنية الكون. يمكننا التعرف على ما يوجد داخل الفقاعات من خلال بحث أوجه التعاون مع التلسكوبات الأخرى. على سبيل المثال، إذا تمكنا من دراسة جزء بعينه من الكون باستخدام مصفوفة الكيلومتر المربع وأحد التلسكوبات البصرية، فقد نتمكن من ربط فقاعات راديوية محددة بالمجرات البصرية المرصودة، وكشف العلاقة بين شكل الفقاعة وحجمها وما تحويه داخلها. وسيؤثر أيضًا التوزيع الأساسي للمادة المظلمة في مكان تكون النجوم الأولى والثقوب السوداء. فكلما زادت كثافة المادة المظلمة، زاد تأثير قوة جاذبيتها على الغاز، وزادت احتمالية تكون نجم. هذا يمنحنا فرصة رائعة لاستخدام توزيع الفقاعات كوسيلة لتتبع توزيع المادة المظلمة التي تشكلت منها البنية الأساسية للكون القديم. وسيتطلب ذلك ساعات عديدة من الرصد لكنه سيساهم كثيرا في علم الكونيات. أما من منظور الفيزياء الفلكية، فإن أشكال الفقاعات تتأثر كثيرًا بالمكون الأساسي الذي تحويه داخلها والذي أدى إلى تشكلها. فمن المرجح أن تكون فقاعات الكوازارات (الثقوب السوداء أكبر حجمًا وأكثر تباينا في الشكل من الفقاعات الكروية المنتظمة للمجرات التي تشكل النجوم، ومن المرجح أن معظم الفقاعات التي نراها تحوي داخلها العديد من المكونات الأساسية التي تشكلت منها وهذا يعني أن الفقاعات لا تحتوي على نجم أو ثقب أسود واحد فحسب، بل تحتوي على العديد من الثقوب السوداء و/أو النجوم داخل العديد من المجرات. ويمكننا الاسترشاد بأشكال الفقاعات في تحديد محتواها ومكونها الأساسي.

في المرحلة الأولى من مصفوفة الكيلومتر المربع ، التي تتضمن 131 ألف هوائي، سنغطي في رحلتها الاستكشافية للكون الفترة ما بين 100 مليون سنة ومليار سنة تقريبا بعد الانفجار العظيم. تشمل هذه الفترة عصر إعادة التأيُّن وبداية الفجر الكوني. وفي المرحلة الثانية من المصفوفة، التي ستتضمن ما يصل إلى مليون هوائي، سنغوص أكثر في أعماق الزمن ونلتقط صورًا من العصور المظلمة. وحتى في المرحلة الأولى، سنستكشف جزءًا كبيرًا من الكون المرئي. في الوقت الحالي، تقتصر عمليات الرصد لدينا على المناطق القريبة نسبيًّا من كوكب الأرض، كما في حالة مسح المجرات، أو عمليات الرصد الأحادية لاستكشاف المراحل الأولى من الكون، مثل إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. وقد أشار العلماء المشاركون في مصفوفة الكيلومتر المربع إلى أنهم الآن بصدد استخلاص العديد من الاستنتاجات الكونية المستندة إلى هاتين المجموعتين من البيانات، وذلك على افتراض «أنهما لم يتخللهما حدوث شيء غريب» من المثير للاهتمام أن استنتاجاتنا، على سبيل المثال، بشأن مقدار المادة المظلمة الموجودة في الكون وماهية سلوكها، تعتمد على مجموعة بيانات منقوصة وغير مكتملة. فالبيانات غير المكتملة تؤدي إلى استنتاجات غير صحيحة. سترصد مصفوفة الكيلومتر المربع أجزاءً أكبر من الكون مقارنةً بما رُصِدَ من قبل، مما يجعل مصفوفة الكيلومتر المربع المرصد الكوني المثالي للتحقق من جميع النماذج الموجودة لدينا باستخدام مجموعة بيانات أكبر بكثير، تغطي نطاقًا أكبر من حيث المكان والزمان، على نحو غير مسبوق في علم الفلك.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

بالتعاون مع قسم الشعائر.. المواكب العزائية تحيي ذكرى شهادة الإمام جعفر الصادق (عليه السلام) في كربلاء

المجمَع العلمي يقيم الاختبار المركزي لطلبة الحفظ في بغداد

قسم الشؤون الطبية ينظّم زيارة لدعم الأطفال المصابين بالسرطان في مستشفى الإمام الحسن (عليه السلام)

قسم الشؤون الفكرية يطلق مسابقة (حامل اللواء) بنسختها الثانية في بغداد

المزيد

الآخبار الصحية

بديل طبيعي للفلورايد يحمي أسنانك من التسوس

تحذير للرجال.. أطعمة شائعة الاستهلاك قد تضر بصحة البروستات

اكتشاف بديل طبيعي لـ"أوزمبيك" يخفض الوزن دون آثار مزعجة

خبراء يكشفون لماذا تنام النساء أكثر من الرجال ؟

المزيد

الآخبار التكنلوجية

الأرض "تومض" ليلا!.. كوكبنا ازداد سطوعا بنسبة 16% في غضون 8 سنوات

أحد أخطر البراكين العملاقة على وجه الأرض يمتلئ بالصهارة!

علماء يطورون تقنية جديدة تُسرّع التئام الجروح عبر تنشيط خلايا الجلد

بعد مهمة "أرتميس 2".. أوروبا تخطط لإرسال رواد فضاء إلى القمر

المزيد

مواضيع ذات صلة

الثقوب السوداء والثقوب الدودية والسفر في الزمان

الكون يفاجئنا دائما

الحَدُّ من الإشارات المتداخلة

الكون الصاخب

قياس التداخل

نحن بحاجة إلى طبق أكبر

علم الفلك الراديوي

تلسكوب جيمس ويب الفضائي

الغسق الكوني

متى كانت نهاية العصور المظلمة؟

أول اكتشاف للضوء الأول

درجة حرارة الدوران المغزلي