ناسا تكشف تفاصيل عن أجهزة الكشف المصنوعة من مواد فائقة التوصيل والتي ساعدت في الاكتشاف الذي عرف بأنه أهم اكتشاف في الفيزياء الفلكية في آخر 15 عاما
يستخدم BICEP2 مجموعة مخصصة من أجهزة الكشف فائقة التوصيل لالتقاط الضوء المستقطب الذي انطلق منذ مليارات السنين. تستخدم مجموعة الكاشفات، المرئية في الصورة تحت المجهر، أساليب الطباعة الحجرية الدقيقة والميكانيكا الدقيقة التي تم تطويرها للجهاز. الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
بالأمس أبلغنا عن اكتشاف أنهم تم تسجيلهم دليل مباشر على موجات الجاذبية التي مرت عبر الكون المبكروأحدثت اضطرابات فيها تحولت إلى مجرات إثر توسع متسارع للغاية للكون "انتفاخا أو تضخما"، وأجرت مقابلة مع البروفيسور آفي ليب، رئيس قسم علم الفلك بجامعة هارفارد، ومدير معهد النظرية والحساب في جامعة هارفارد. مركز هارفارد سميثسونيان لعلم الفلك وعضو الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم والفنون. وقاد أحد الباحثين في قسمه، الدكتور جون كوفاكس، الدراسة التي قامت بتحليل ملاحظات إشعاع الخلفية الكونية من تلسكوب BICEP2 الموجود في مكان غير عادي - القطب الجنوبي.
أعلن كوفاكس وفريقه في مؤتمر صحفي عقب بحثهم في مجلة Nature أنهم اكتشفوا أول دليل مباشر على أن موجات الجاذبية اجتازت الكون الجنيني أثناء خضوعه لعملية نمو متسارع تُعرف باسم التضخم. وهذا أقوى تأكيد حتى الآن لنظرية التضخم الكوني، التي بموجبها تمدد الكون 100 تريليون تريليون مرة في أقل من غمضة عين.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
- ناسا والكاشف الكبير التابع لوكالة الفضاء الأوروبية لإثبات موجات الجاذبية لأينشتاين
- أول دليل مباشر على وجود موجات الجاذبية التي تسببت في تضخم الكون مباشرة بعد الانفجار الأعظم
وتكشف وكالة ناسا اليوم تفاصيل عن التلسكوب الذي تشارك في تمويله وتطوير بعض التقنيات المستخدمة فيه. وتم التوصل إلى هذه النتائج بمساعدة تقنية الكاشف التي طورتها وكالة ناسا في تلسكوب BICEP2 الموجود في القطب الجنوبي، بالتعاون مع المؤسسة الوطنية للعلوم.
يقول بول هيرتز، مدير قسم الفيزياء الفلكية في وكالة ناسا بواشنطن: "إن تفعيل أجهزة الكشف الأكثر تقدمًا على الأرض وفي البالونات سمح لنا بتحسين هذه التقنيات واستخدامها في المهمات الفضائية وفي هذه العملية أيضًا اكتشافات حول الكون".
"لقد نشأ كوننا إلى الوجود في حدث يعرف باسم الانفجار الكبير قبل 13.8 مليار سنة. وبعد لحظات، جزء من الثانية على وجه الدقة، تمزق الفضاء نفسه وتوسع بشكل كبير في حدث يعرف باسم التضخم. الأدلة على هذه الفصول من تاريخ الكون موجودة في سمائنا، في وهج خافت يعرف باسم "إشعاع الخلفية الكونية الميكروي". ومؤخرًا، تم تأكيد هذه النظرية الأساسية حول الكون بواسطة تلسكوب بلانك الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والذي توفر له وكالة ناسا أجهزة الكشف وتقنيات التبريد.
ومع ذلك، ظل الباحثون يبحثون منذ بعض الوقت عن مزيد من الأدلة المباشرة على التضخم في شكل موجات الجاذبية، التي ضغطت الفضاء وتمددته.
"لقد تم تضخيم التقلبات الكمومية الصغيرة إلى أبعاد هائلة من خلال التوسع التضخمي للكون. يقول جيمي بوك من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا والمدير المشارك للمشروع: "نحن نعلم أن إحدى نتائج هذه الأحداث هي موجات من نوع مختلف تسمى موجات الكثافة، لكننا أردنا فحص ما إذا كانت موجات الجاذبية قد تم إنشاؤها أيضًا". . طور مختبر الدفع النفاث تقنية كاشف BICEP2. يشغل بوك أيضًا منصبًا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech)، الموجود أيضًا في باسادينا.
خلقت موجات الجاذبية أنماطًا دوامية في الضوء المستقطب المعروف باسم الاستقطاب "B-mode". يصبح الضوء مستقطبًا عندما يضرب سطح المواد الصلبة مثل السيارة أو حمام السباحة. النظارات الشمسية المستقطبة تطرد الضوء المستقطب لتقليل الوهج. في حالة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، يتم صد الضوء بواسطة الإلكترونات ونتيجة لذلك يصبح مستقطبًا قليلاً.
واجه فريق BICEP2 التحدي المتمثل في تحديد موقع الاستقطاب "B-mode" باستخدام أفضل الخبراء في المجال وتطوير التكنولوجيا المبتكرة، والسفر إلى أفضل موقع مراقبة على الأرض حتى لو كان في القطب الجنوبي. تتضمن الشراكة مساهمات كبيرة من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، ومختبر الدفع النفاث، وجامعة ستانفورد، وجامعة هارفارد، وجامعة مينيسوتا في مينيابوليس.
بعد التجارب التي أجريت هناك منذ عام 2006، تمكن أعضاء الفريق من بناء مجموعة الأدلة لوجود إشارات "الوضع B"، ومعهم أقوى دعم حتى الآن للتضخم الكوني. كان مفتاح نجاحهم هو أجهزة الكشف فائقة التوصيل . الموصلات الفائقة هي مواد تسمح، عند تبريدها، لتيار الإلكترونات بالتدفق بحرية دون أي مقاومة.
"تجمع تقنيتنا بين خصائص الموصلات الفائقة وأصغر الهياكل التي يمكن رؤيتها من خلال المجهر. يقول أنتوني تورنر، الذي صنع هذه الأجهزة في منشأة التصنيع المتخصصة في مختبر الأجهزة الدقيقة التابع لمختبر الدفع النفاث: "يتم تصنيع هذه الأجهزة باستخدام نفس العملية الميكانيكية الدقيقة مثل أجهزة الاستشعار الموجودة في الهواتف المحمولة وأجهزة الألعاب مثل Wii".
إشارات "الوضع B" ضعيفة جدًا. ولتحقيق الحساسية اللازمة للكشف عن الإشارات المستقطبة، طور بوك وتيرنر مجموعة فريدة من أجهزة الكشف المتعددة، تشبه وحدات البكسل الموجودة في الكاميرات الرقمية الحديثة، ولكنها أضافت القدرة على اكتشاف الاستقطاب. ويعمل نظام الكاشف بأكمله عند درجة حرارة ربع درجة كلفن، أي ربع درجة فوق الصفر المطلق، وهي أقل درجة حرارة ممكنة.
قال بوك: "تتطلب هذه القياسات الصعبة بنية جديدة تمامًا". "إن نهجنا يشبه أخذ الكاميرا وبنائها في لوحة دوائر مطبوعة."
استخدمت تجربة BICEP2 512 كاشفًا، مما أدى إلى تسريع عمليات رصد إشعاع الخلفية السحري بمقدار 10 مرات مقارنة بجهازي القياس السابقين. التجربة الجديدة تقوم بالفعل بإجراء الملاحظات وتتضمن 2,560 كاشفًا.
لن تساعد هذه التجارب والتجارب المستقبلية في تأكيد حقيقة أن الكون يتضخم بضوء هائل فحسب، بل ستزود المنظرين أيضًا بالدلائل الأولى حول القوى الغريبة التي مزقت المكان والزمان.
تعليقات 6
مقالة مثيرة للاهتمام. في انتظار رؤية ردود الفعل من القراء المهتمين جدًا. لم أفهم تمامًا سبب الحاجة إلى موصل فائق لاكتشاف أوضاع الاستقطاب B، ولكن يبدو أن الموصل الفائق مطلوب لرؤية مثل هذه الموجات، وحتى في هذه الحالة فهي ضعيفة جدًا لدرجة أنها ربما تقوم بإجراء إحصائيات للكشف عنها بعيدًا عن ضجيج الإشارة. إن التبريد (البرودة) للكاشفات إلى ربع درجة كلفن يمثل مشكلة تكنولوجية ضخمة في حد ذاته. يبرد النيتروجين السائل فقط إلى ما لا يقل عن 180 درجة، وهنا وصلوا إلى 273 تحت الصفر. أي أن ضجيج الإلكترون الحراري انخفض إلى الصفر المطلق أو عشرة إلى قوة ناقص شيء ما. لا أعرف أي تقنية للوصول إلى درجة الحرارة هذه سوى غرفة الضغط في المختبر. والجميل هو أن الأميركيين، في ظل غياب الميزانيات الهائلة التي ميزت استكشاف الفضاء في الفضاء، رغم أن التلسكوب يكلف ثروة ضخمة، تمكنوا من تغيير نهجهم وإجراء أبحاث رائدة بميزانية «منخفضة».
كنت مهتمًا بمعرفة ما إذا كان استخدام نظرية الأوتار ضروريًا لفهم النموذج التضخمي وأرسلت سؤالاً إلى غالي. إذا كان لدي الوقت سأبحث عن نموذج التضخم على الشبكة. إذا كان الأمر كذلك، فهذا هو أول دليل تجريبي لنظرية الأوتار، التي قيل إنها لا تحتوي على أدلة تجريبية.