چگونه تلسکوپ های رادیویی به ما کهکشان های دیده نشده را نشان می دهند

فضا، مرز نهایی.
اولین بار وقتی فقط شش سالم بوداین کلمات را شنیدم. و کاملا تحت تاثیر قرار گرفتم. می خواستم که جهان های جدید و عجیبرا کاوش کنم. میخواستم دنبال زندگی جدید بگردم میخواستم همه چیزهایی که جهان برایعرضه دارد، را ببینم. و آن رویاها، ان کلمات،من را به یک سفر بردند. یک سفر اکتشافی، از طریق مدرسه، از طریق دانشگاه، که دکتری بگیرم و در نهایتیک اختر شناس حرفه ای شوم. حالا، من دو مورد شگفت انگیز را یاد گرفتم، یک مورد کمی مایه تاسف است، وقتی که برای مقطع دکتری تحصیل می کردم. یاد گرفتم که واقعیت این است که به همین زودی قرار نیستیک سفینه را هدایت کنم. اما این را هم آموختم کهجهان عجیب، شگفت آور و وسیع است. در واقع بسیار وسیع تر از آنکهبا یک سفینه جستجو بشود. و بنابرین توجهم را با استفاده ازتلسکوپ ها به سمت اختر شناسی برگرداندم.
اکنون، یک تصویر از آسمان شب را به شما نشان می‌دهم. ممکن است این را درهرجایی از دنیا ببینید. همه این ستاره ها بخشی از کهکشان ما،راه شیری هستند. حال، اگر شما قرار بود به بخشی تاریکتر از آسمان بروید، یک محل تاریک و مطلوب، شاید در یک صحرا، ممکن است که مرکز کهکشان راه شیری را ببینید که در مقابل شما گسترده شده اند، صدها میلیارد ستاره. و این یک تصویر بسیار زیبا است. رنگارنگ است. و همچنان، این فقط یک گوشه محلی از جهان ما است. می توانید یک جور غبار تیرهدر اطراف آن ببینید. اکنون، آن غبار محلی است. دارد جلوی نور ستارگان را می گیرد. اما میتوانیم یک کارخوبانجام دهیم. تنها با چشمان خودمان، ما می توانیم گوشه جهان کوچک خود را جستجو کنیم. ممکن است که بهتر انجام دهیم، شما می توانید از تلسکوپ های شگفت آورمانند تلسکوپ فضایی هابل استفاده کنید. حال، اختر شناسان این تصویررا جمع آوری کرده اند. اسمش زمینه ژرف هابل است. و آنها صدها ساعت را فقط صرف مشاهدهقسمت کوچکی از آسمان کرده اند. قسمتی که از ناخن شست در طول دستبزرگتر نیست. و در این تصویر شما میتوانید هزارها کهکشانراببینید و این را می دانیم که میلیونها و میلیاردهاکهکشان باید وجود داشته باشد در سرتاسر جهان، که برخی شبیه کهکشان ما هستندو برخی خیلی متفاوت. پس شما فکر میکنید، خوب،من میتوانم این سفر را ادامه دهم. راحت است. فقط میتوانمیک تلسکوپ بسیارتوانمند به کار ببرم. و تنها به آسمان نگاه کنم، مشکلی نیست. این در واقع از قلم انداختن است اگر ما فقط این کار را انجام بدهیم. حال، دلیل همه آنچه تاکنون درباره اشصحبت کرده ام، همین است فقط استفاده از طیف مرئی است، تنها آنچیزی است که چشمان شما می توانند ببینند، و این یک تکه کوچک است، یک تکه کوچک، بسیار کوچک از آنچه که جهان برای عرضه به ما دارد. حالا، دو مشکل مهم در به کارگیرینور مرئی وجود دارد. نه تنها ما بقیه پروسه های دیگر را از دست می دهیم که آنها در انواع نورهای دیگر گسیل می شوند، بلکه، دو مشکل دیگر هم هست
اولین آنها غبارهای است که قبل تر به آنها اشاره کردم. غبارها جلوی رسیدن نور مرئی به مارا می گیرد. بنابران وقتی عمیق به دنیا نگاه کنیم،ما نور کمی می بینیم غبار رسیدن آن به مارامتوقف میکند اما یک مشکل عجیب در استفاده از نور مرئیهست برای امتحان و اکتشاف جهان.
حالا یک دقیقه زنگ تفریح داشته باشید. فرض کنیم شما در یک گوشه از خیابانی شلوغ ایستاده اید. ماشین ها در حال رفت و آمد یک آمبولانس نزدیک می شود. آن یک آژیر بلند حسابی دارد.
(تقلید کردن از عبور یک آزیر)
صدای آژیر در استقرار عوض می شود همانطور که به سمت شما می آید یا دور می شود راننده آمبولانس چیزی را عوض نمیکندآژیر فقط شما را بهم می زند. این محصولی از ادراک شما بود. موج های صوتی،همان طور که آمبولانس نزدیک می شود بهم فشرده می شوند، و در استقرار بلند می شود. هنگامی که آمبولانس می رسد،موج های صدا کشیده می شودند و صدا در استقرار کمتر می شود. همین اتفاق برای نوی می افتد. اشیاعی که به سمت ما در جرکت هستند، امواج نوریشان بهم فشرده می شود وآبی دیده می شوند و اشیایی که از ما در حال دور شدند امواج نوریشان کشیده می شود، وقرمزتر مشاهده می شوند بنابراین این اثر را جابجایی آبی و جابه جایی قرمز می نامیم.
حالا، دنیای ما در حال انبساط است، بنابراین همه چیز در حال دورشدن از همدیگر است و این بدین معناست که همه چیز قرمز به ظاهر می شود. و به اندازه کافی عجیب است، هنگامی کهبه جهان خیلی عمیق تر نگاه می کنید خیلی از اشیاء دور سریعتر و بیشتردر حال دور شدن هستند بنابراین بیشتر قرمز ظاهر می شوند بنابراین اگر من به میدان ژرف هابل برگردم و ما به نگرستن دقیق و ژرف به دنیاادامه دهیم فقط با استفاده از هابل، هنگامی که به یک فاصله مشخص رسیدیم، همه چیز قرمز می شود، و آن چیزی از مشکل را ارائه می دهد. در نهایت، ما در حال دور شدن از هم هستیم همه چیز به سمت مادون قرمزانتقال داده می شود و ما اصلا هیچ چیز را نمی توانیم بینیم.
بنابراین باید از اطرافاین دور باشند، درغیر این صورت، من در سفرممحدود میشوم. من می خواستم همه دنیا را کاوش کنم، نه فقظ جایی که میتوانم ببینم، می دانید،قبل از اینکه جابه جایی قرمز آن را پس بزند این یک فن است. به آن اخترشناسی رادیویی می گویند. اختر شناسان از آن برای دهه ها استفاده می کردند. یک فن فوق العاده است. من به شما تلسکوپ رادیوی پارکس،که به عنوان دیش شناخته شده است. شما ممکن است که فیلمش را دیده باشید. و اموج رادیویی خیلی تابان هستند. آن به ما اجازه می دهد که با دقت بیشترینظاره کنیم و با غبار متوقف نمی شوند، بنابراین همه چیز را در دنیا می توانید ببینید. و جابه جایی قرمز مشکل کوچکی است چون ما گیرنده های می سازیم که باندهایبزرگی را دریافت می کند.
چه چیزی پارکز می بیند وقتی آن را در مرکز راه شیری قرار می دهیم باید چیز خارق العاده ای ببینیمدرسته؟ خوب، ما چیز جذابی می بینیم. همه آن غبارها رفته اند. همان طور که اشاره کردم، موج رادیو از بینغبار عبور می کند، پس مشکلی نیست. اما جشم انداز آن خیلی متفاوت است. ما می توانیم مرکز راه شیری را مشتعل ببینم، و این نور ستارگان نیست. این نوری است که به آن تابش سینکروترونی می گوییم، که از الکترون ها حاصل می شود، که حرکتمارپیچی حول میدانهای مغناطیسی کیهانی دارند پس صفحه با این نور مشتعل می شود. و ما همچنین ریشه هایی عجیبی می بینیم کهازش خارج می شود، و اشیایی که در خط نوری ظاهر نمی شوند با هرچیزی که ما با چشم هایمان نمیتوانیم ببینیم. اما خیلی مشکل است که این تصویررا تفسیر کرد، چون همان طور که میبینید وضوح کمی دارد. مواج رادیویی طول موج بلندی دارند، و همین منجر می شود وضوحضعیف تری داشته باشند همچنین این تصویر سفید و سیاه است، بنابراین واقعا نمیدانیمهر چیزی اینجا چه رنگی است.
سریع به امروز پیش می آییم. ما میتوانیم تلسکوپ هایی بسازیم که می توانند بر این مشکلات غلبه کنند. حالا، من به شما اینجا تصویری نشان می دهماز مشاهده گر رادیویی موچیسون یک مکان عالی برای ساختن تلسکوپ های رادیویی. آنجا پهن و خشک است، و مهمتر از همه رادیو خاموش است: نه موبایل، نه وای- فای، نه هیچ چیز دیگری، فقط خیلی خیلی رادیو خاموش، بنابراین یک مکان کامل برای ساخت تلسکوپ های رادیویی. حالا تلسکوپ هایی که من در این چند سالروی آن کار می کنم آرایه میدان عریض موچیسون می نامند، و من می خوام به شما یک زمان کوچکی از ساخت آن را نشان دهم. این یک گروه از دانشجویان فارغ التحصیل ومشغول به تحصیل است، که در پرس واقع شده. ما آنها را ارتش دانشجوی می نامیدیم، و آنها داوطلب می شدند برای ساخترادیو تلسکوپ هیچ اعتبار درسی برای این نبود. و آنها این وقطبی های رادیویی رادرکنار هم گذاشتند. آنها فقط فرکانس های کمی را دریافت می کنند،کمی شبیه رادیویی اف-ام و یا تلویزیون شما. و انیجا آنها را در طول بیابان می گسترانیم تلسکوپ نهایی ۱۰ متر مربع را پوشش می دهد در بیابانی در غرب استرالیا. و چیز جالب این ست که،هیچ قسمت متحرکی وجود ندارد. ما فقط این آنتن های کوچک را کسترش میدهیم الزاما روی شبکه . منصفانه ارزن است. کابل ها سیگنال ها را از آنتن ها منتقل می کنند و آنها را به واحد های پردازش مرکزیمی آورند. و این سایز این تلسکوپ هاست، در حقیقت، ما آن را در سرتاسر بیابانبزرگی ساختیم و این به ما وضوح بهتری نسبت به پارکس داد.
حالا، در نهایت همه این کابل ها آنها را به یک واحدی می آورد که آنها را به ابرکامپیوتر پرس می فرستد، و آن جایست که من از آن می آیم
-آه---
داده های رادیویی. من ۵ سال اخیر را وقت گذاشتم روی کار بسیار سخت و بسیار جذاب داده ها که هیچ کدامشان شبیه قبل نبودند. من زمان زیادی برای تنظیم کردنآن ها گذاشتم، اجرای میلیون ها ساعت سی پی یو روی ابرکامپیوتر ها و تلاش زیادی برای فهمیدن آن داده ها. و با این تلسکوپ، و این داده ها، ما یک پیمایش روی تمام آسمان جنوب انجام دادیم، پیمایش روی کهکشان ها و ابرکهکشان هاهمه آسمان ام دبیلو ای. یا آنطور که من مینامم "گلیم "(پرتورانی) و من خیلی از آن هیجان زده ام. مطالعات نزدیک به انتشار است و هنوزنشان داده نشده، پس شما اولین کسانی هستید که این مطالعه مجمل تمام آسمان جنوب را می بینید. پس، من مشتاقم که شما را با بعضی از تصاویراین پیمایش سهیم کنم.
حال، تصور کنید که بهمارچسون رفته اید، شما زیر ستاره ها چادر زده اید و شما به سمت جنوب نگاه می کنید. شما قطب جنوب آسمانی را می بینید، کهکشان بالا می آید. اگر من نور رادیویی را محو کنم، این آن چیزی ست که ما با پیمایش مان می بینیم شما صفحه کهکشانی را می بینیدکه دیگر با غبارها تیره نشده است. این تشعشع تابش سینکروترونی است، و هزاران نقطه در آسمان است. ابر مگلانیک بزرگ ما،نزدیک ترین کهکشان همسایه ما، نارنجی هستند به جای آبی -سفید .
بنابراین چیزهای زیادی درون آن وجود دارد.اجازه بدید نزدیک تر نگاه کنیم. اگر ما نگاه کنیم به سمت مرکز کهکشان، جایی که ما در ابتدا با تصویر پارکس دیدیم،که زودتر به شما نشان دادم، وضوح کم، سیاه و سفید، و ما به منظر "گلیم" کم رنگ می کنیم، شما می توانید ببینید که وضوح با ضریب یکصدافزایش پیدا می کند. حالا ما یک منظر رنگی در آسمان داریم. یک منظر فن رنگی. حالا این یک منظر رنگی غلط نیست. آنها رنگ های رادیوی رنگی هستند. کاری که من انجام دادم رنگ کردن فرکانس های کم به قرمز است و فرکانسهای بالا را آبی . و وسطی ها را به سبز. و این به ما منظر رنگین کمان را می دهد. و این فقط رنگ های قلابی نیستند. رنگ ها در این تصویر به ما درباره پدیده های فیزیکی می گوید که در جهان در حال وقوع است. برای مثال، اگر شما در طول صفحهکهکشان نگاه کنید آن با سینکروترون مشتعل می شود چیزی که بیشتر نارنجی مایل به قرمز است، اما اگر ما خیلی دقیق نگاه کنیمما نقاط آبی را می بینیم. حالا، اگر بزرگ کنیم، این نقاط آبی پلاسما های یونیزه شده هستند اطراف ستاره های خیلی درخشان، و اتفاقی که می افتد این است که آنهانور قرمز را دفع می کنند بنابراین آنها آبی ظاهر می شوند. و می تواند به ما از مناطقی بگوید که ستاره ها را درون کهکشان ما شکل می دهد. و ما فقط آنها را سریع می بینیم. ما به کهکشان نگاه می کنیم و رنگهامی گویند که آنها آنجا هستند
میتوانید حبابهای ریز صابونببینید، تصاویر دایره ای کوچک حول صفحه کهکشانی، و آنها بقایای ابر اخترها هستند. وقتی که یک ستاره منفجر می شود، پوست خارجی آن دور انداخته می شود و امتداد فضا حرکت را طی می کند، موادرا جمع می کند و یک پوسته کوچک شکل می دهد. این یک راز همیشگی طولانی برای اخترشناسان بوده است جایی که همه بقایای ابراختر هستند. ما می دانیم که باید مقدار زیادی الکترون باانرژی بالا در صفحه باشد تا تابش سینکروترونی که می بینیم راتولید کند. و ما فکر میکنیم که آن توسط بقایایابراخترها تولید میشود اما به نظر می رسد کافی نیست. خوشبختانه "گلیم" در پیدا کردنبقایای ابراختر هاخیلی خیلی خوب است، بنابراین ما امیدواریم یک مقاله جدید زود بیرون بدهیم
حالا، این خوب است. ما دنیای کوچک مان را کاوش کردیم، ولی من میخواستم عمیق تر شوم،میخواستم جلوتر بروم. می خواستم فراتر از راه شیری بروم. خوب، این اتفاق افتاد، ما می توانیماشیاع خیلی جذابی را در بالا ببینیم و این یک کهکشان رادیویی موضعی است، قنطورس A. اگر ما آن را بزرگ کنیم، می توانیم ببینم که دو پر بزرگ از آن بهسمت فضا خارج می شود. و اگر شما درست به مرکز آن نگاه کنیدبین دو پر، شما یک کهکشانی شبیه کهکشان خودمانمی بینید. اون حلقوی است و یک خط غبار دارد. آن یک کهکشان معمولی است. اما این فوران ها فقط در امواج رادیویی قابل رویت است اگر ما با امواج مرئی نگاه کنیم،ما حتی نمی دانیم که آنها کجا هستند، و آنها هزاران بار بزرگ تراز کهکشان میزبان هستند
چه جوریه ؟چه جیزی این فوران ها را می سازد؟ در مرکز هر کهکشان، که ما می شناسیم یک چاله سیاه ابرحجیم قرار دارد. سیاه چاله ها قابل رویت نیستند،برای همین به این اسم می نامند. همه چیزی که شما می توانید ببینید خمش نورحول آنها است. و گهگاه وقتی یک ستاره و یا یک ابر از گازبه داخل مدار آنها می رود، آن با نیروی کشنده از هم شکافته می شود، آنچه که ما یک دیسک بهم پیوسته می نامیم را شکل میدهد دیسک بهم پیوسته به طور درخشانی در اشعه ایکس تابش می کند، و میدانهای مغناطیسی قوی دارد که می تواندمواد را در فضا پرتاب کتد در سرعتی نزدیک به سرعت نور، بنابراین این فوران ها در امواج رادیویی قابل رویت هستند و این چیزیست که ما در پیمایش مان پی بردیم
خوب، خیلی خوب، پس ما یک کهکشان رادیویی را دیده ایم. این عالی ست. اما، اگر شما فقط به بالای آن تصویر نگاه کنید، شما یک کهکشان رادیویی دیگر می بینید. کمی کوچکتر، و این فقط به این دلیل است کهاز ما دور تر است. بسیار خوب، دو کهکشان رادیویی. ما میتوانیم این را ببینیم.خوب است خوب، در مورد بقیه نقاط چطور؟ احتمالا آنها فقط ستاره هستند. نه آنها نیستند. آنها کهکشان های رادیویی هستند. هر یک از نقاط این تصویر یک کهکشان دور است. میلیونها تا میلیاردها سال نوری دورتر به همراه سیاه چاله های ابرفشرده در مرکز آن که مواد را به سمت فضا با سرعت نور هل می دهد. این دیوانه کننده است. و این پیمایش حتی بزرگ تز ازآنچه من اینجا نشان دادم است. اگر ما این تمرکز خارج شویم و همه پیمایشرا نگاه کنیم. شما می توانید ببینید که من ۳۰۰،۰۰۰ از اینکهکشان های رادیویی را پیدا کردم. بنابراین این کاملا یک سیر حماسی است. ما همه این کهکشان ها را کشف کردیم درست پس از اولین سیاه چاله های ابرحجیم. من خیلی به این افتخار می کنم،و این هفته دیگر منتشر میشود.
حالا، این همه موضوع نیست. من دورترین کهکشان را با این پیمایش کشف کردم، اما چیزی های بیشتری در این تصویر است. حالا، من شما را برمی گردانم درست به سمتزمان آغاز. وقتی که دنیا شکل گرفت.آن زمان انفجار بزرگ است. آنچه که جهان را به دریایی از هیدرژنتبدیل کرد، هیدرژن خنثی. و وقتی که اولین ستاره ها و کهکشان ها شکل گرفتند، آنها آن هیدرژن را یونیزه کردند. بنابراین دنیا از خنثی به یونیزه شدهتبدیل شد. که در اطراف ما یک سیگنال نشاند. هرجایی ما را در بر گرفته شبیه نیرو. چون در زمان خیلی دور اتفاق افتاده، سیگنال با جابه جایی قرمز بود، پس حالا آن سیگنال در فرکانس هایخیلی کوچک هستند. در همان فرکانس های پیمایش من، اما خیلی ریز. یک بیلیونم سایز هر چیزی در پیمایش من. پس تلسکوپ ما ممکن است به اندازه کافی برایگرفتن آن سیگنال ها حساس نباشد. اما، یک تلسکوپ رادیویی جدید وجود دارد. پس من نمیتوانم اخترسفینهداشته باشم اما من امیدوارانه دارم یک از بزرگترین رادیو تلسکوپ های دنیا ما در حال ساختن یک آرایه کیلومتر مربع ازیک رادیو تلسکوپ جدید هستیم، و این هزارن بار بزرگ تر از MWA خواهد بود و هزاران بار حساس تر،و حتی وضوح بهتری نیز دارد بنابراین ما باید ده ها میلیون کهکشانپیدا کنیم و شاید، سیگنال عمیق تری، من اولین لحظه های ستاره ها و شروع کهکشان ها را خواهم دید، ابتدای زمان خودش.
سپاسگزارم.
(تشویق)