آیا بزرگترین دوربین دیجیتال جهان معمای ماده تاریک را حل می‌کند؟
«تونی تایسون» (Tony Tyson)، کیهان‌شناس و دانشمند ارشد رصدخانه «ورا سی. روبین» (Vera C. Rubin Observatory)، در ۸۵ سالگی رویای دیرینه خود را عملی کرده است؛ دوربینی با ۳.۲ میلیارد پیکسل که قرار است ۲۰ میلیارد کهکشان را در طول یک دهه آینده تصویربرداری کند تا سرنخ‌های تازه‌ای از ماده تاریک و انرژی تاریک به دست آید؛ دو پدیده ناشناخته که ۹۵ درصد محتوای جهان را تشکیل می‌دهند.
در ۲۳ ژوئن ۲۰۲۵ (۲ تیر ۱۴۰۴)، تایسون در مراسمی در واشنگتن دی‌سی شرکت کرد تا تصویری را رونمایی کند که نزدیک به ۳۰ سال برای ثبت آن تلاش شده بود: تصویری از ۱۰ میلیون کهکشان که در پس‌زمینه‌ای سیاه و عمیق قرار گرفته‌اند. برای دیدن جزئیات هر کهکشان، باید این تصویر را روی ۴۰۰ تلویزیون کنار هم پخش کنید. این تصویر، نخستین پرتره از کیهان است که توسط رصدخانه «ورا سی. روبین» ثبت شده؛ یک مرکز نجومی جدید که ایالات متحده بر فراز کوهی در شیلی ساخته است. این تصویر تنها ۰.۰۵ درصد از کل کهکشان‌هایی را ثبت کرده که دوربین عظیم این رصدخانه در دهه آینده تصویربرداری خواهد کرد.
این دوربین، عصری فوق‌العاده شفاف و جدید در نجوم را آغاز کرده و در عین حال شاهکار تونی تایسون نیز به شمار می‌آید.
تونی تایسون، کیهان‌شناس (cosmologist) دانشگاه کالیفرنیا دیویس (California, Davis) و دانشمند ارشد رصدخانه روبین، در دهه ۱۹۷۰ زمانی که در آزمایشگاه بل (Bell Labs) کار می‌کرد با تراشه تصویربرداری جدیدی به نام «دستگاه بار جفت‌شده» (charge-coupled device) که به اختصار به آن «سی‌سی‌دی» (CCD) می‌گویند آشنا شد و دریافت که این فناوری می‌تواند مطالعه کیهان را دگرگون کند. این سنسور‌ها با تبدیل نور ورودی به سیگنال‌های الکتریکی، توانایی تشخیص اجسام بسیار کم‌نور و دور در کیهان را دارند. تایسون از این فناوری برای تهیه اولین نقشه با وضوح بالا از ماده تاریک، این ماده سنگین و مرموز که کهکشان‌ها را مانند چسبی نامرئی در کنار هم نگه می‌دارد، استفاده کرد.
سپس در دهه ۱۹۹۰، ستاره‌شناسان دیگر با استفاده از یکی از دوربین‌های سی‌سی‌دی تایسون، انبساط کیهان را مورد بررسی قرار دادند و به کشفی رسیدند که در آن زمان شبیه به یک اشتباه به نظر می‌رسید: سرعت انبساط جهان در حال افزایش بود. این شتاب عجیب، وجود انرژی تاریک را آشکار کرد.
امروز، ماده تاریک و انرژی تاریک که در مجموع ۹۵ درصد از محتوای جهان را تشکیل می‌دهند، همچنان رازآلود باقی مانده‌اند. حتی در دهه ۱۹۹۰، تایسون می‌دانست که برای آشکار کردن ماهیت این موجودیت‌های تاریک، نیاز به دوربینی بزرگ‌تر خواهد داشت، به همین دلیل پروژه‌ای را آغاز کرد که اکنون به رصدخانه روبین تبدیل شده است. اکنون در ۸۵ سالگی، او سرانجام این دستاورد ذهنی خود را به جهان معرفی می‌کند.
دوربین «ال‌اس‌اس‌تی» (LSST) رصدخانه روبین، متشکل از ۱۸۹ سی‌سی‌دی با مجموع ۳.۲ میلیارد پیکسل، بزرگترین دوربین دیجیتال ساخته‌شده تاکنون است. این دوربین در ۱۰ سال آینده، بار‌ها حدود ۲۰ میلیارد کهکشان را تصویربرداری خواهد کرد. در میان اهداف دیگر، این آلبوم عکس، تاریخ پیچیده‌ای را به تصویر می‌کشد از اینکه چگونه ماده تاریک و انرژی تاریک با همدستی یکدیگر ساختار کیهان را شکل داده‌اند.
اخیرا در یک گفتگوی تفصیلی، تایسون از ساخت این دوربین بی‌رقیب و مأموریت علمی آن برای کشف رازهای جهان گفته است.
می‌توانید توضیح دهید چطور نقشه‌ای از ماده تاریک تهیه کردید؟
من همیشه، حتی از دوران کودکی، به اندازه‌گیری چیز‌هایی علاقه‌مند بودم که تقریباً غیرقابل‌تشخیص بودند – سیگنال‌های بسیار بسیار ضعیف، ابتدا در طول موج‌های رادیویی و سپس در طول موج‌های نوری. آزمایشگاه بل به من آزادی کامل داد تا سیستم‌های جدیدی برای شناسایی این سیگنال‌های فوق‌العاده ضعیف طراحی کنم. یک روز، جورج اسمیت (یکی از مخترعان دستگاه بار جفت‌شده) (George Smith) به دفتر من آمد و گفت: «با توجه به علاقه‌ات به نجوم، ممکن است به این علاقه‌مند شوی.» این وسیله کوچک، چند میلی‌متر طول داشت، چیزی که امروز به نام «سی‌سی‌دی» می‌شناسیم.
در آن زمان من واقعاً به این موضوع علاقه‌مند بودم که چطور کهکشان‌ها طوری به نظر می‌رسند که انگار توسط ماده تاریک نامرئی میان ما و آنها جابجا شده‌اند. نور کهکشان توسط گرانش ماده تاریک خم می‌شود، بنابراین تصویر کهکشان کشیده شده و به شکل قوس در می‌آید. پس من با استفاده از سی‌سی‌دی یک آشکارساز بسیار ساده ساختم که به دنبال همین شکل قوسی در سراسر آسمان می‌گشت. به این پدیده، «همگرایی ضعیف گرانشی» (weak gravitational lensing) می‌گویند. وقتی این سراب (mirage) را شناسایی می‌کنید، می‌توانید نقشه را معکوس کرده و توزیع ماده تاریک را ببینید.
چطور در کشف انرژی تاریک نقش داشتید؟
من «دوربین با گذردهی بالا» (Big Throughput Camera) را ساختم که در آن زمان بزرگترین دوربین سی‌سی‌دی جهان بود. هدفم این بود که این دوربین را روی بزرگترین تلسکوپی که می‌توانستم پیدا کنم قرار دهم، که تلسکوپی متعلق به «بنیاد ملی علوم آمریکا» (US National Science Foundation) در شیلی بود. ما زمان رصد زیادی در اختیار داشتیم تا هر کاری که خواستیم انجام دهیم، در عین حال به گروه‌های دیگر هم کمک می‌کردیم.
دو گروه بودند که به دنبال ابرنواختر‌ها (supernovae) می‌گشتند تا سرعت انبساط جهان را بررسی کنند. همه می‌دانستند – یا فکر می‌کردند می‌دانند – که به خاطر وجود ماده تاریک، جهان در حال کند شدن است. اما این گروه‌ها چیزی را کشف کردند که فکر می‌کردند اشتباه است: انبساط جهان در واقع در یک میلیارد سال گذشته در حال شتاب گرفتن بوده است. برای اینکه کهکشان‌ها سریع‌تر از هم دور شوند، نیاز به نیرویی دارند که فضا-زمان زیرین را کش دهد. این انرژی که باعث کشش فضا می‌شود، همان چیزی است که ما انرژی تاریک نامیدیم.
چرا فکر کردید جهان به رصدخانه‌ای مانند روبین نیاز دارد؟
به نظرم کاملاً بدیهی بود. ما ۹۵ درصد از جهان را نمی‌فهمیم. این واقعاً حیرت‌انگیز است؛ و من گفتم: «می‌توانیم از این هم بهتر عمل کنیم. می‌توانیم با ساخت موزاییک‌های بزرگ‌تر از سی‌سی‌دی‌های بزرگ‌تر، یک تلسکوپ بزرگ‌تر بسازیم.» ما مجبور شدیم نوع جدیدی از سی‌سی‌دی را اختراع کنیم، چون به اطلاعاتی خارج از محدوده قابل رؤیت نور نیاز داشتیم، از فرابنفش تا نزدیک فروسرخ. همچنین نیاز به توسعه نرم‌افزار‌های هوشمندانه‌ای داشتیم که بتواند پاسخ‌ها را آشکار کند. اما تا سال ۲۰۰۰، روشن شده بود که این پروژه واقعاً می‌تواند عملی شود.
چطور ایده ساخت رصدخانه را به جهان فروختید؟
هر ۱۰ سال، جامعه فیزیک و نجوم آمریکا یک رقابت بزرگ برگزار می‌کند و پیشنهاد‌ها برای ساخت پروژه بزرگ بعدی را می‌پذیرد. آنها واقعاً ایده‌ای را که من «تلسکوپ ماده تاریک» نامیده بودم، دوست داشتند –، چون هدف من هم همین بود. اما از نامش خوششان نیامد، چون این تلسکوپ می‌توانست کار‌های دیگری هم انجام دهد، مثل شناسایی سیارک‌های تهدیدکننده زمین. من به طور هوشمندانه‌ای، عکسی از یک سیارک تهدیدکننده زمین را در صفحه آخر طرح پیشنهادی‌ام گذاشتم. آنها از این کار خیلی خوششان آمد.
پس نام آن را به «تلسکوپ نقشه‌برداری سینوپتیک بزرگ» (Legacy Survey of Space and Time) تغییر دادند. همه ما به سراغ فرهنگ لغت رفتیم تا معنی کلمه «سینوپتیک» را بفهمیم. هیچ‌کس از این نام خوشش نیامد؛ و به همین دلیل، پس از درگذشت «ورا روبین» – که به تأیید وجود ماده تاریک کمک کرد – این مرکز را به نام او تغییر نام دادیم.
خود نقشه‌برداری از آسمان هنوز «ال‌اس‌اس‌تی» نامیده می‌شود، اما اکنون می‌گوییم این حروف به معنای «نقشه‌برداری میراثی از فضا و زمان» (Legacy Survey of Space and Time) است.
درباره ال‌اس‌اس‌تی و اهداف علمی آن بگویید.
این دوربین به اندازه یک خودروی شاسی‌بلند کوچک وزن دارد و ۳۲۰۰ مگاپیکسل در صفحه کانونی خود دارد. این دوربین در میان یک تلسکوپ سه‌آینه‌ای قرار گرفته که در نهایت طراحی کردیم. با هر نوردهی ۳۰ ثانیه‌ای از یک بخش از آسمان، به جهان یک هشدار درباره هر چیزی که در آن بخش تغییر کرده می‌دهیم. انتظار داریم هر شب حدود ۸ تا ۱۰ میلیون تغییر جدید داشته باشیم – چیز‌هایی که قبلاً وجود نداشته‌اند، مانند اجرام انفجاری دور یا سیارک‌ها یا دنباله‌دار‌های جدید.
این دوربین همچنین نقشه‌های دقیق‌تر و با کیفیت‌تری از ماده تاریک ارائه خواهد کرد. این موضوع مهم است، زیرا نشان می‌دهد چگونه توده‌های ماده تاریک از اشکال پراکنده به ساختار‌های رشته‌ای تبدیل شده‌اند و به این ترتیب به ما کمک می‌کند ویژگی‌های ماده تاریک را محدود کنیم. این موضوع از طریق «همگرایی ضعیف گرانشی» امکان‌پذیر می‌شود، روشی که من در دهه ۱۹۸۰ پیشگام آن بودم.
همچنین با مقایسه جفت کهکشان‌ها در هر بخش از آسمان، می‌توانیم کاری کاملاً متفاوت با گذشته انجام دهیم. با استفاده از همگرایی ضعیف گرانشی، می‌توانیم به گذشته نگاه کنیم و اثر انرژی تاریک بر ماده تاریک را در طول زمان کیهانی ببینیم. ما می‌توانیم در واقع مشخص کنیم که آیا انبساط جهان در طول زمان در حال افزایش یا کاهش است. ممکن است جهان رفتار عجیبی داشته باشد و نه تنها انبساطش شتاب بگیرد، بلکه سپس کاهش یافته و دوباره شتاب بگیرد. اگر چنین باشد، ما می‌توانیم برای اولین بار آن را شناسایی کنیم. این موضوع به روشن‌تر شدن ماهیت انرژی تاریک کمک خواهد کرد.
انرژی تاریک اکنون موضوع بسیار داغی است، زیرا نقشه‌برداری‌های «دی‌ایی‌اس» (DES) و «دی‌ایی‌اس‌آی» (DESI) – که میلیون‌ها کهکشان را مشاهده کردند، نه میلیارد‌ها – نشانه‌هایی از تضعیف انرژی تاریک یافته‌اند. نظر شما چیست؟
خب، قطعاً در حال پیشرفت هستیم. به نظرم این موضوع هیجان‌انگیز است. هرچند سیگنال آن کوچک است، اما قابل توجه است؛ و این تنها دلیل بیشتری به رصدخانه روبین می‌دهد تا تلاش کند این موضوع را با دقت بسیار بسیار بالا بررسی کند.
دیدن اولین تصاویر روبین چه حسی داشت؟
دیدن چیزی به این زیبایی لذت‌بخش بود. به عنوان یک دانشمند، معمولاً داده‌هایی را نگاه می‌کنم که این اطلاعات را در خود دارند، اما دیدن آن با چشم خودتان موضوع متفاوتی است – رنگ‌های زیبا و ابعاد بالا. این موضوع واقعاً همه را شگفت‌زده می‌کند، حتی من را. من اساساً کلاه دانشمندی‌ام را برداشتم و از دید یک کودک به آن نگاه کردم.
واکنش سایر افراد – چه دانشمندان و چه غیر دانشمندان – چه بوده است؟
جالب است که واکنش آنها مشابه واکنش من بوده است: «وای؟!» آنها از غنای اطلاعات و امید به کشف‌های منحصر‌به‌فرد ال‌اس‌اس‌تی شگفت‌زده می‌شوند. هیجانی که امروز در سالن احساس می‌شود، کاملاً مسری است.
چه انتظاری از آینده داریم؟ تصور می‌کنم مدتی طول بکشد تا روبین بتواند به پرسش‌هایی درباره ماده تاریک یا انرژی تاریک پاسخ دهد.
این کار چند سال طول خواهد کشید، زیرا ما باید تصاویر بسیار عمیقی از بخش وسیعی از جهان تهیه کنیم. اما فکر می‌کنم تا سال پنجم، اطلاعات زیادی به دست خواهیم آورد.
انتهای پیام/
