تلسكوب راديوي سريع

حافة الشمس تشبه هدبًا أشعث: منها تمتد صعودًا خيوط رفيعة من الغاز المتوهج — السبيكيولات، نوافير بلازما يبلغ ارتفاعها عدة آلاف من الكيلومترات. تنطلق هذه النوافير صعودًا بسرعة تبلغ حوالي 20 كيلومترًا في الثانية وتختفي خلال 5–10 دقائق.

منكب الجوزاء — عملاق أحمر فائق، يعرفه الكثيرون من كتف الجبار — ما زال يدهش علماء الفلك. بعد التعتيم العظيم الغامض في 2019–2020، عندما انخفض سطوع النجم فجأة، لم يتعافَ فحسب، بل غيّر أيضًا «عاداتِه».

بدأ علم الفلك الراديوي (radio astronomy) بضوضاء غامضة التقطها هوائي كارل جانسكي، ونبضات إيقاعية أطلقت عليها جوسلين بيل بورنيل اسم 'الرجال الخضر الصغار' كتعبير أصلي. لكن أول منارة كوكبية حقيقية اشتعلت في عام 1955، عندما صادفت أجهزة الاستقبال عن طريق الصدفة إشعاع المشتري العشري (decametric) الذي ينقطع فجأة عند تردد 40 ميغاهرتز.

كل ومضة راديوية سريعة تشبه صدى مدوٍ في الفراغ. وفي رنينه المتلاشي تتشفر بنية الفضاء بأكملها: عبر مليارات السنين الضوئية، يتأخر النبض الراديوي قليلاً بسبب كل إلكترون حر يقابله. هذا التأخير — مقياس التشتت — يزداد مع طول المسار، لكننا لم نكن نعرف سابقًا كم عدد الإلكترونات المختبئة داخل أبعد مجرة.

الكون في عمر 700 مليون سنة هو موقع بناء صاخب، حيث تبدأ الأضواء الأولى في الاشتعال. التقطت التلسكوبات إشارة من تلك الحقبة البعيدة: المجرة REBELS-25، الضخمة والمليئة بوقود النجوم. كشفت الملاحظات الراديوية بتلسكوبي VLA وALMA عن توهج خافت لكن مؤكد لجزيئات أول أكسيد الكربون (CO). هذا هو المؤشر الأكثر موثوقية للهيدروجين الجزيئي البارد — المادة التي تولد منها النجوم.

حجر صغير بحجم حبة عنب يدخل الغلاف الجوي بشكل شبه مماسي ويندفع فوق الأرض دون أن يسقط. هذا ما حدث تمامًا لنيزك كتلته حوالي 45 غرامًا. دخل الغلاف الهوائي للكوكب بزاوية منخفضة لدرجة أنه قطع 164 كيلومترًا على ارتفاع 92 كيلومترًا — حيث الهواء أرق بمليون مرة مما هو عند السطح. التقطت عشرات الكاميرات وثلاث محطات للرصد تحت الصوتي رحلته والموجة الصادمة التي أحدثها.

تصل موجات الراديو من المستعر الأعظم — الموت الكارثي لنجم ضخم، الذي يخفت توهجه للحظات مجرة بأكملها — إلى الأرض مستقطبة. وهذا يعني أن مجالها الكهربائي يهتز بشكل أساسي في مستوى واحد، مثل إبرة بوصلة ثابتة في مجال مغناطيسي.

انفجار المستعر الأعظم هو موت كارثي لنجم ضخم، يترك وراءه سحابة غازية متوسعة، أشبه بـ«شرنقة صادمة». إذا كان هناك الكثير من الهيدروجين في الجوار، تنتشر الموجة الصادمة عبره، مثل صدى طلقة بعيدة، تفقد طاقتها تدريجيًا.

في المسرعات الضخمة، تمر الجسيمات عبر الكواشف في أجزاء من مليار من الثانية، ولتمييز جسيم عن آخر نحتاج إلى ساعة توقيت فائقة الدقة. يعمل الكاشف الجديد µRWELL-PICOSEC كساعة توقيت من هذا القبيل: فهو يلتقط لحظة مرور الجسيم بدقة تصل إلى 48 بيكو ثانية، أي 48 تريليون جزء من الثانية. السر هو أن الكاشف يجمع بين ظاهرتين فيزيائيتين.

الكون يتمدد، ولكن بأي سرعة؟ ظل علماء الفلك لعقود يتجادلون حول القيمة الدقيقة لثابت هابل. هناك طريقتان كلاسيكيتان تعطيان نتائج مختلفة قليلاً. والآن ظهرت طريقة ثالثة تعتمد على التدفقات الراديوية الغامضة.

الأشعة الكونية ليست ضوءًا، بل جسيمات مشحونة تقصف الأرض من كل اتجاه. معظمها بروتونات (نوى الهيدروجين)، ولكن توجد أيضًا نوى أثقل: الهيليوم والنيتروجين والحديد. عندما يصطدم مثل هذا الجسيم بالغلاف الجوي، فإنه يولد وابلًا كاملًا من الجسيمات الثانوية، ومن شكل هذا الوابل يمكن معرفة ما وصل إلينا بالضبط.

انفجار غاما هو مثل طلقة من مدفع كوني: وميض قصير لكنه مبهر، يخفت لمدة ثوانٍ ضوء مجرة بأكملها. لكن عند النظر إليه في أشد نطاقات غاما طاقةً (فوتونات ذات طاقة أعلى من غيغا إلكترون فولت)، غالبًا ما يضيع الإشارة في الضوضاء، مثل همس خافت في قاعة صاخبة. ابتكر علماء الفلك حيلة: جمع 330 من هذه "الهمسات" معًا لسماع الجوقة الجماعية.

لم تعد السماء ليلًا هادئة كما كانت من قبل. تمر فوقنا آلاف الأقمار الصناعية، وقد يصدر كل منها موجات راديوية عشوائية، مما يعيق علماء الفلك عن الاستماع إلى المجرات البعيدة. لفهم هذه الضوضاء، وجّه العلماء التلسكوب الراديوي 21CMA في الصين نحو مرور أقمار ستارلينك. يتكون التلسكوب 21CMA من العديد من الهوائيات الصغيرة المنتشرة في الحقل.

في عمق الجليد في القارة القطبية الجنوبية، على أعماق لا يصلها ضوء الشمس، تتدلى هوائيات. إنها لا تلتقط الأصوات بل الموجات الراديوية — وتنتظر إشارة من جسيم يكاد يكون من المستحيل الإمساك به. يخترق النيوترينو الأرض كما تخترق الرصاصة الضباب، لكن في بعض الأحيان، نادرًا جدًا، يصطدم بذرة جليد. عندها يولد وميض راديوي قصير — وتسجله الهوائيات.

عندما يمر كوكب أمام نجمه، يترشح جزء من ضوء النجم عبر غلافه الجوي. الغازات في الغلاف الجوي تمتص بعض الألوان وتسمح بمرور البعض الآخر، مثل الزجاج الملون في النوافذ الزجاجية المزخرفة. من خلال معرفة الألوان التي ضعفت، يمكننا فهم مما يتكون هواء عالم بعيد. وجّه علماء الفلك تلسكوب ويليام هيرشل نحو الكوكب HAT-P-44b، وهو زحل حار منتفخ.

في أول مئات الملايين من السنين بعد الانفجار العظيم، كان الكون مظلمًا: لم تكن هناك نجوم بعد، وكان الفضاء مليئًا بالهيدروجين البارد. يصدر هذا الغاز موجات راديوية طولها 21 سنتيمترًا — مثل همس هادئ يصل إلينا عبر 13 مليار سنة. لكن بجانبه تزأر مصادر أخرى: المجرات، بقايا النجوم المنفجرة، وضوضاء الأجهزة. هذه المصادر أعلى صوتًا بآلاف المرات وتطغى على الهيدروجين.

في مجرة أندروميدا، الجارة الكبرى الأقرب لمجرتنا درب التبانة، رصد علماء الفلك غيومًا باردة عملاقة تولد فيها النجوم. تتكون هذه الغيوم من الغاز والغبار، لكن رؤيتها مباشرة ليست سهلة: فهي بالكاد تضيء. استخدم العلماء التلسكوب الراديوي SMA في هاواي، الذي يلتقط الإشعاع الحراري الضعيف لحبيبات الغبار وموجات الراديو من أول أكسيد الكربون.

تلتقط التلسكوبات الراديوية المنتشرة حول الأرض موجات من ثقوب سوداء بعيدة. لكن تلسكوبين متجاورين لا يريان سوى بقعة ضبابية، فلا تصل تفاصيلهما إلى مستوى الدقة المطلوب. عادةً ما تُعتبر هذه الأزواج عديمة الفائدة وتُهمل. لكن هذا خطأ: فحتى البقعة الضبابية تحمل أدلة. لاحظ مؤلفو الدراسة الجديدة أن المصدر إذا لم يكن مجرد نقطة ساطعة بل كان محاطًا بهالة خافتة، فإن الإشارة من التلسكوبات المتقاربة لم تعد صفرية.

تصل إلينا الإشارة الراديوية البعيدة عابرةً الغاز، وكلما زاد الغاز في طريقها، زاد «تباطؤ» الإشارة. يستخدم علماء الفلك هذا الأمر لوزن الغلاف غير المرئي لمجرتنا — هالتها. لكن إذا كان الغلاف غير متجانس، مثل وشاح سميك يُلقى على الكتفين، فإن القياسات في اتجاهات مختلفة ستكون مختلفة.

رصد تلسكوب «جيمس ويب» الفضائي مصادر ضوء نقطية ساطعة من حقبة لا تبعد عن الانفجار العظيم سوى 100–300 مليون سنة. في البداية فُسِّرت على أنها مجرات بعيدة، لكن علماء الفلك يطرحون الآن فرضية: ربما ليست هذه أنظمة نجمية كاملة، بل ومضات منفردة — انفجارات أقدم النجوم في الكون.

الانفجارات الراديوية السريعة هي إشارات كونية تدوم أجزاءً من الألف من الثانية. في السابق، كان البحث عنها أشبه بإدارة مفتاح جهاز الراديو بشكل عشوائي. أما شبكة EDEN العصبية فترى التوزيع الترددي كاملًا وتتعرف على نمط الانفجار كما يتعرف الموسيقي على النوتات. على المصدر FRB 20121102A، وجدت 5927 انفجارًا – أي ثلاثة أضعاف العدد السابق.