تصویر ۱: تصویر خوشه کهکشانی آبِل ۲۷۴۴، یکی از میدانهای مورد هدف پروژه میدانهای مرزی.
کهکشانهای پرنور میانه تصویر، اعضای اصلی خوشه کهکشانی هستند. این کهکشانهای پرجرم، مانند یک عدسی، نور رسیده از کهکشانهای پشتشان را همگرا می‌کنند. اجرامی که دورشان خط آبی کشیده شده است، از جمله کهکشانهایی هستند که نورشان تحت تاثیر عدسی گرانشی قرار گرفته است. اگر دقت کنید، می‌بینید که شکل آنها کشیده شده است.
در برنامه «میدانهای مرزی»، قرار است قدرت رصدی هابل و اسپیتزر، با این عدسی‌های کهکشانی عظیم ترکیب شود و به سراغ کشف دورترین مرزهای کیهان بروند.
Credit: NASA, ESA, and R. Dupke (Eureka Scientific, Inc.), et al.
کشف نخستین کهکشانهای عالم و پی بردن به نقش آنها در تحول کیهان، یکی از موضوعات پیشرو در علم نجوم است. تصاویر ژرف و فراژرف تلسکوپ فضایی هابل تحول عظیمی در این زمینه از دانش ما درباره کیهان به وجود آورده‌اند. اکنون برای باری دیگر، قرار است هابل مرزهای کیهان را بشکافد و به دوردستهایی بنگرد که تا به حال بشر آنها را ندیده است. برنامه جدید هابل، که با همکاری تلسکوپ فضایی فروسرخ اِسپیتزِر اجرا می‌شود، «میدانهای مرزی»* نام دارد.
تلسکوپ فضایی هابل با توان رصدی بالایش، به منجمان کمک کرده است که دورترین کهکشانهای عالم را رصد کنند. اما چه‌طور می‌توان به حدی فراتر از توان رصدی هابل رسید و کهکشانهایی باز هم دورتر را کشف کرد؟ پاسخ این پرسش در ایده اولیه پروژه میدانهای مرزی است. در این پروژه، هابل به سراغ عدسی‌های گرانشی عظیم کیهانی می‌رود، تا توان رصدی خودش را با بزرگنمایی این تلسکوپهای طبیعی ترکیب کند و به مرزهایی بنگرد که تا به حال نمی‌توانستیم آنها را ببینیم. در این پروژه، هابل و اسپیتزر از شش خوشه کهکشانی، در شش میدان، تصویربرداری می‌کنند. این خوشههای کهکشانی در فاصله نسبتا نزدیکی از ما هستند. در تصاویری که از خوشه‌ها گرفته می‌شود، منجمان به دنبال کهکشانهای دوردستی می‌گردند که پشت خوشه کهکشانی قرار دارند و نورشان تحت تاثیر گرانش زیاد خوشه کهکشانی بیشتر شده است. خوشه کهکشانی مانند یک عدسی عظیم، نور کهکشان پشتش را خمیده می‌کند و کمک می‌کند کهکشانی را که ما در حالت عادی با ابزارهای کنونی‌مان هیچگاه نمی‌توانستیم ببینیم، بتوانیم رصد کنیم. عدسی‌های کهکشانی، شکل کهکشانهای پشتشان را تغییر می‌دهند و حتی گاهی چندین تصویر از یک کهکشان تشکیل می‌دهند (تصویر شماره ۱). هم‌زمان با رصد میدان خوشه کهکشانی با یک دوربین، هابل از دوربین دیگرش نیز استفاده می‌کند تا به طور موازی، از میدان «خالی» دیگری که خوشه کهکشانی‌ای در آن وجود ندارد، تصویربرداری کند. منجمان از تصاویر میدانهای خالی، در ادامه پروژه‌های تصاویر ژرف و فراژرف هابل، برای کشف کهکشانهای اعماق کیهان استفاده می‌کنند.
تصویر ۲: مدلهای گرانشی برای خوشه آبل ۲۷۴۴.
تصویر گوشه راست پایین، خوشه کهکشانی آبل ۲۷۴۴ را در نور مرئی نشان می‌دهد. ۷ تصویر دیگر، مدلهای گرانشی برای کهکشانهای پشت این خوشه کهکشانی هستند، که در انتقال به سرخ حدود ۹ قرار دارند. این مدلها با روشهای گوناگونی محاسبه شده‌اند.
منجمان، برای محاسبه درخشندگی واقعی کهکشانی که در پشت خوشه قرار دارد، باید ابتدا اثر عدسی گرانشی را بر روی کهکشان، با کمک این مدلها تصحیح کنند.
برنامه میدانهای مرزی، در ماه اکتبر سال ۲۰۱۳ میلادی آغاز شد. قرار است در طی سه سال، هابل از هر میدان خوشه‌ای و میدان خالی، با دوربینهای ACS (دوربین پیشرفته نقشه‌برداری) و WFC3 (دوربین میدان دید باز شماره ۳)، به اندازه ۱۴۰ مدار تصویربرداری کند. این تصاویر در طول موجهای ۰/۴ تا ۱/۷ میکرون خواهند بود. تلسکوپ فروسرخ اسپیتزر، هر میدان را به اندازه ۱۰۰ ساعت با دوربین IRAC (دوربین آرایه فروسرخ) در طول موجهای ۳ تا ۵ میکرون رصد خواهد کرد. همان‌طور که پیشتر گفته شد، خوشه کهکشانی مانند یک عدسی عمل می‌کند: شکل کهکشانهای پشتش را تغییر می‌دهد و نورشان را بیشتر می‌کند. برای شناسایی کهکشانهای پشت خوشه و اندازه‌گیری درخشندگی واقعی آنها، لازم است که مدل گرانشی خوشه کهکشانی را بدانیم و نور کهکشانهای رصد شده را بر اساس آن تصحیح کنیم. برای این منظور چند گروه از منجمان، بر اساس داده‌های رصدی که تا کنون از این شش خوشه کهکشانی موجود است، هفت مدل گرانشی برای این خوشه‌ها تهیه کرده اند. این مدلها را در تصویر شماره ۲، برای یکی از خوشه‌ها می‌توانید ببینید.
تصویر ۳: در این تصویر دو کهکشان را که نورشان تحت تاثیر خوشه آبل ۲۷۴۴ همگرا شده است، در فیلترهای گوناگون هابل می‌بینید. طول موج فیلترهای رصدی در بالای هر فیلتر نوشته شده است.
این‌ها، دو کاندید برای کهکشانهای دورتر از انتقال به سرخ ۷/۵ هستند (برای توضیح بیشتر به متن مراجعه کنید).
تاکنون هابل نیمی از داده‌های چهار میدان را تهیه کرده است: خوشه آبِل ۲۷۴۴ و میدان موازی خالی‌اش، خوشه MACSJ0416.1-2403 و میدان موازی خالی‌اش. در این مقاله، مولفان کشف چندین کاندید کهکشانهای دور را در این میدانها گزارش می‌دهند. پس از تصحیح کردن نور رسیده از کهکشانهای پشت خوشه بر اساس مدلهای گرانشی، منجمان درخشندگی کهکشانها را در فیلترهای مختلف اندازه‌گیری می‌کنند. اگر کهکشان فقط در تعدادی از فیلترها ظاهر شود و در فیلترهای طول موج کوتاه‌تر دیده نشود، می‌توان به تخمینی از فاصله آن پی برد. درباره این روش که روش حذفی نام دارد، در این مقاله بیشتر بخوانید. به طور خلاصه، نخستین فیلتری که در آن، دیگر کهکشان دیده نشود، طول موج انتقال یافته ۹۱۲ آنگستروم را نشان می‌دهد. زیرا نور کهکشانهای دور در طول موجهای کوتاه‌تر از ۹۱۲ آنگستروم، به علت وجود گاز هیدروژن خثی، جذب می‌شوند و به ما نمی‌رسند. به طور مثال، اگر کهکشان در فیلتری که طول موج ۱/۲۵ میکرون دارد (معادل ۱۲۵۰۰ آنگستروم) دیگر دیده نشود (تصویر شماره ۳)، متوجه می‌شویم که این کهکشان آنقدر دور است که ما خط ۹۱۲ آنگستروم رسیده از آن را، به علت پدیده انتقال به سرخ داپلر، در طول موج ۱۲۵۰۰ آنگستروم می‌بینیم. از این راه می‌توان به فاصله کهکشان پی برد. در این مقاله، مؤلفان تعداد کهکشانهای دوری که در میدانهای مرزی می‌توانیم رصد کنیم پیش بینی کرده‌اند، و با داده‌های موجود، چند کاندید را که احتمالا کهکشانهایی در انتقال به سرخ‌هایی بیشتر از ۷/۵ هستند، معرفی کرده‌اند. انتقال به سرخ ۷/۵ معادل زمانی فقط حدود ۷۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ است.
* درباره میدانهای مرزی، یا Frontier Fields، بیشتر بخوانید: http://frontierfields.org
عنوان اصلی مقاله: Frontier Fields: High-Redshift Predictions and Early Results
نویسندگان: Dan Coe, Larry Bradley, Adi Zitrin
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی Astrophysical Journal نوشته شده است.
لینک مقاله اصلی:http://arxiv.org/abs/1405.0011v1
گردآوری: آیرین شیوایی
[…] عظیمی بزرگنمایی شده است ( درباره همگرایی گرانشی در این مقاله بخوانید)، و کهکشان دیگر یکی از دورترین کهکشانهای […]
[…] مرزی هابل استفاده کرده است. درباره میدانهای مرزی در این مقاله پیشین اسطرلاب بیشتر بخوانید. در برنامه میدانهای […]
[…] درباره‌ی این پروژه که میدانهای مرزی نام دارد در این مقاله‌ی اسطرلاب […]
[…] کهکشانهای کم‌نور در فواصل دور را می‌دهد. پروژه‌ی میدانهای مرزی هابل تصاویر ژرفی از شش عدسی گرانشی قوی، خوشههای […]