سیارات فراخورشیدی و سیاهچاله ها اولویت پژوهشی ستاره شناسان در دهه آینده اند - گردشیا

این سند که جهتهای کشف در اخترشناسی و اخترفیزیک برای دهه 2020 (Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s) نام دارد، سه موضوع اصلی را که رشته های علمی باید روی آن تمرکز کنند معرفی می کند؛ کشف و مطالعه سیارات فراخورشیدی قابل سکونت، کشف سیاهچاله ها و ستارگان نوترونی به عنوان پنجره هایی به کیهان اولیه و درک بهتر منشأ و چگونگی تکامل کهکشان ها. این سند همچنین بر اهمیت تبدیل نجوم به حوزه ای فراگیرتر و متنوع تر تأکید می کند.

فیونا هریسون (Fiona Harrison) رییس کمیته راهبردی آکادمی های ملی برای این برنامه پیمایش دهه ای گفت: این گزارش یک چشم انداز بلندپروازانه، الهام بخش و امیدوارانه برای دهه آینده در حوزه نجوم و اخترفیزیک ارائه می دهد.

او که ریاست بخش فیزیک، ریاضیات و نجوم را در مؤسسه فناوری کالیفرنیا بر عهده دارد، اضافه کرد: با تغییر برنامه ریزی ما در زمینه جاه طلبانه ترین پروژه های فضایی استراتژیک، می توانیم مجموعه گسترده ای از مأموریت ها را برای دنبال کردن اهداف رویایی مانند جست وجوی حیات در سیاراتی که به دور ستارگان در همسایگی کهکشانی ما می چرخند، توسعه دهیم و در عین حال غنای اخترفیزیک قرن 21 را از طریق ناوگان رصدی در همه طول موج ها افزایش دهیم.

سندی تأثیرگذار

آکادمی های ملی در حقیقت برنامه های پویش دهه ای را برای رشته های گوناگون ازجمله علوم سیاره ای و علوم زمین آماده می کنند. همان طور که از نام آن پیداست، این برنامه ریزی ها هر 10 سال یا بیشتر ارائه می شوند. آخرین برنامه ریزی دهه ای نجوم و اخترفیزیک که جهان های تازه، افق های تازه در نجوم و اخترفیزیک (New Worlds, New Horizons in Astronomy and Astrophysics) نام داشت، در سال 2010 منتشر شد و گزارش فعلی هم که انتظار می رفت در ژانویه 2021 منتشر شود، به دلیل همه گیری کرونا و تعطیلی بخش های زیادی از دولت به تأخیر افتاده بود.

بر روی این سندهای راهبردی فعالیت های زیادی از طریق پژوهشگران برجسته در زمینه هایی که آن ها را پوشش می دهند، انجام می شود. برای نمونه برنامه کاوش تازه 614 صفحه دارد و برنامه های پیشنهادی را به تفصیل بیان کرده است.

کنندگان آکادمی ملی خاطرنشان کردند: جهتهای اکتشاف در حوزه نجوم و اخترفیزیک در دهه 2020 از طریق صدها مقاله راهنما، نشست ها و توصیه های 13 کمیته فرعی در طی چندین سال برای ارائه توصیه های جامعه نجومی استخراج شده است.

کاوش های دهه ای بسیار تأثیرگذارند و سازمان های دولتی مانند ناسا و بنیاد ملی علوم (NSF) برای تصمیم گیری در مورد نحوه تخصیص بودجه و سایر منابع به آن ها متکی هستند. برای نمونه برنامه ریزی دهه ای نجوم و اخترفیزیک در سال 2001 تلسکوپ فضایی نسل بعدی را به عنوان مأموریتی با بالاترین اولویت برای توسعه طی 10 سال تشخیص داد. این رصدخانه پیشگام اکنون با نام تلسکوپ فضایی جیمز وب (James Webb) شناخته می شود و پرتاب آن از گویان فرانسه برای 18 دسامبر (27 آذر) برنامه ریزی شده است.

در سال 2010 جهان های تازه، افق های تازه تلسکوپ نقشه برداری میدان باز فروسرخ (WFIRST) و تلسکوپ نقشه برداری سینوپتیک بزرگ (LSST) را به عنوان پروژه های مهم معرفی کرد و هر دو، هرچند با چالش، اکنون مراحل توسعه خود را می گذرانند.

WFIRST که اکنون با نام تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman) شناخته می شود، قرار است حداکثر تا می 2027 پرتاب شود و رصدخانه LSST زمینی که اکنون رصدخانه ورا روبین (Vera C. Rubin) نام گرفته است، طبق برنامه ریزی چشمان خود را در سال 2022 یا 2023 باز خواهد کرد.

سه حوزه تمرکز تازه و برنامه رصدخانه های بزرگ

برنامه ریزی تازه پیمایش دهه ای نجوم و اخترفیزیک، سه حوزه اولویت دار را که باید در دهه آینده مورد توجه و سرمایه گذاری ویژه قرار بگیرند، شناسایی می کند.

یکی از این حوزه ها با نام جهتهایی به جهان های قابل سکونت (Pathways to Habitable Worlds) برنامه ای است که برای کمک به کشف و شناسایی سیارات فراخورشیدی مشابه زمین طراحی شده است و هدف نهایی آن ثبت عکس هایی از چنین جهان هایی و تشخیص ساختار جوی آن ها را دنبال می کند.

دومین موضوع پنجره های تازه در جهان پویا (New Windows on the Dynamic Universe) تلاش گسترده ای را برای مطالعه سیاهچاله ها و ستاره های نوترونی با ابزارهای متنوع روی زمین و فضا، ازجمله ابزارهایی که امواج گرانشی را تشخیص می دهند، توصیف می کند. به گفته نویسندگان این برنامه ریزی، دستیابی به درک بهتر از این اجرام عجیب وغریب و ابرچگال می تواند اطلاعات زیادی از کیهان اولیه روشن کند.

سومین حوزه تمرکز پرده برداری از محرک های رشد کهکشان (Unveiling the Drivers of Galaxy Growth) نام گرفته و هدف ایجاد انقلابی در درک دانشمندان از شکل گیری و تکامل کهکشان ها است تا اطلاعاتی از ماهیت شبکه های گاز کیهانی ضعیفی که آن ها را تغذیه می کند گرفته تا ماهیت چگونگی متراکم شدن این گاز و شکل گیری ستارگان به دست بیاید.

برای کمک به دستیابی به این اهداف و دیگر اهداف بلندپروازانه، این پیمایش دهه ای، دنبال کردن مأموریت رصدخانه های بزرگ و برنامه بلوغ فناوری را پیشنهاد می کند. این برنامه در جهت فراخوان برنامه رصدخانه های بزرگ ناسا است که چهار تلسکوپ فضایی قدرتمند از جمله تلسکوپ نمادین هابل را از سال 1990 تا 2003 به فضا پرتاب کرد.

بر اساس پیمایش دهه ای تازه نجوم و اخترفیزیک، تلاش رصدخانه های بزرگ تازه، با نگاه به این برنامه و با بررسی ها و اصلاحات دوره ای در طول جهت، سرمایه گذاری های اولیه قابل توجهی را برای پیشرفت و بلوغ هم زمان مفاهیم و فناوری های مأموریتی فراهم می کند.

این برنامه ریزی همچنین توصیه می کند که نخستین مأموریت این برنامه باید یک تلسکوپ فضایی فروسرخ/نوری/فرابنفش (IR/O/UV) با آینه اصلی حدود 6 متر باشد. این اندازه تقریبا 2.5 برابر عریض تر از آینه های هابل و تقریبا به اندازه آینه تلسکوپ وب است که برای مشاهده کیهان در نور فروسرخ بهینه شده است.

این تلسکوپ فضایی پیش بینی شده می تواند در پی امضاهای زیستی در جو حدود 25 سیاره فراخورشیدی بالقوه قابل سکونت بشود و برای پرتاب در اوایل دهه 2040 میلادی آماده شود. اگر همه چیز خوب پیش برود، مأموریت آن می تواند حدود 11 میلیارد دلار، تقریبا به اندازه تلسکوپ 10 میلیارد دلاری جیمز وب هزینه داشته باشد.

اهداف این تلسکوپ پیشنهادی IR/O/UV به طور کلی شبیه به اهداف دو مأموریت مفهومی است که ناسا یعنی نقشه بردار فرابنفش نوری فروسرخ بزرگ (LUVOIR) و رصدخانه سیاره فراخورشیدی سکونت پذیر (HabEx) است که از سال 2016 در حال توسعه هستند.

دو نوع بالقوه از LUVOIR وجود دارد که به ترتیب آینه های اولیه 15 متر و 8 متر عرض دارند. آینه اصلی هبکس (HabEx) هم 4 متر عرض خواهد داشت. طبق این سند، تلسکوپ فضایی IR/O/UV توصیه شده، حد میانی این گزینه هاست که نسبت به هبکس توانایی بیشتری دارد و می تواند سریع تر و مقرون به صرفه تر از هر نسخه LUVOIR توسعه یابد.

در صورتی که چشم انداز ارائه شده در دهه تازه محقق شود، رصدخانه های بزرگ دیگر در ادامه تلسکوپ فضایی IR/O/UV تازه و نسبتا سریع توسعه خواهند یافت. طبق پیشنهاد برنامه پیمایش دهه ای، باید پنج سال پس از آغاز کار بر روی نخستین برنامه، بلوغ مأموریت و فناوری دو برنامه استراتژیک فروسرخ-دور و پرتو ایکس به طور هم زمان آغاز شود که هر دو هزینه های اجرایی در حدود 3 تا 5 میلیارد دلار دارتد.

این پیمایش ده ساله همچنین سرمایه گذاری های کلیدی در تلسکوپ های بزرگ زمینی را توصیه می کند. به ویژه برای تلسکوپ غول پیکر ماژلان (Giant Magellan Telescope) که هم اکنون در رشته کوه های آند شیلی در حالی ساخت است و تلسکوپ 30 متری که قرار است در هاوایی ساخته شود اما با مخالفت هایی در دولت روبه رو شده است.

این برنامه بیان می کند که چنین سرمایه گذاری هایی در حالت ایدئال به عنوان بخش هایی از برنامه هماهنگ تلسکوپ بسیار بزرگ آمریکا (ELT)انجام خواهد شد. این رصدخانه ها فرصت های گسترده ای برای پیشرفت علمی در دهه های آینده و پس از آن ایجاد خواهند کرد و تقریبا به هر پرسش مهم علمی در هر سه حوزه علمی اولویت دار پاسخ خواهند داد.

فراگیرتر کردن نجوم و اخترفیزیک

پیمایش دهه ای 2020 همچنین تأکید می کند که برای حمایت از امکانات پژوهشی، محققان دانشگاهی و فعالیت های مهمی مانند آرشیو داده ها به سرمایه گذاری بیشتری نیاز است.

هم نجوم و هم اخترفیزیک هم اکنون رشته های مردانه هستند و گروه های کمتری از دیگر بخش های جامعه در آن حضور دارند. وضعیتی که گزارش تازه می خواهد به تغییر آن کمک کند. در این پیمایش دهه ای آمده است: باید بودجه برای حمایت از اساتید مختلف در برنامه های نجوم و اخترفیزیک دانشگاه افزایش یابد.

از جمله گام های دیگر در این گزارش آن است که به ناسا، بنیاد ملی علوم (NSF) و وزارت انرژی آمریکا (DOE) توصیه می کند که سیاست های خود را به گونه ای تنظیم کنند که آزار و اذیت و تبعیض را به عنوان شکل هایی از سوء رفتار علمی درنظر بگیرند و بر روی تنوع نیروی کار در سطوح مختلف سرمایه گذاری کنند.

این گزارش می افزاید: تنوع تیم ها و مشارکت کنندگان پروژه ها باید به عنوان یک معیار در هنگام اعطای بودجه های پژوهشی درنظر گرفته شود و ناسا و بنیاد ملی علوم باید کمک هزینه ای را برای دوره های کارآموزی و فوق دکترا اختصاص دهند تا تنوع و گستردگی مشارکت کنندگان را در پروژه های علمی توسعه دهند.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک سیاره فراخورشیدی به دور یک سیاهچاله

Credit: Mark Garlick/Science Photo Library

منبع: Space