نگاهی به تلسکوپ فضایی چاندرا و رونمایی از جهان مشاهده‌ناپذیر

رصدخانه‌ی پرتو ایکس چاندرا یکی از تلسکوپ‌های ناسا است که به رصد سیاه‌چاله‌ها، کوازارها، ابرنواخترها و موارد مشابه، یعنی همه‌ی چشمه‌ها و منابع پرانرژی در جهان می‌پردازد.

پس از گذشت بیش از یک دهه از کار آن، دانشمندان توانستند به کمک این رصدخانه، عملا نظری اجمالی به جهان بیندازند. به کمک رصدخانه‌ی چاندرا می‌توانیم برخورد کهکشان‌ها، سیاه‌چاله با بادهای طوفانی کیهانی و پدیده‌های ابرنواختری را که پس از انفجار واژگون می‌شوند، مشاهده کنیم.

این تلسکوپ در ردیف یکی از بهترین رصدخانه‌های ناسا قرار می‌گیرد و می‌توان آن را هم‌تراز با تلسکوپ‌های فضایی هابل، اسپیتزر و رصدخانه‌ی پرتو گاما کامپتون دانست. چاندرا همچنین از جمله ابزارهای ارتباطی عمومی برای آژانس‌ها به‌حساب می‌آید. ناسا غالباً عکس‌های آن را در مطبوعات منتشر می‌کند.

یکی از تصاویر قابل توجه چاندرا موردی شبیه به دست کیهانی است که به سمت یک سحابی درخشان کشیده شده است. با این حال توضیح علمی آن بسیار متفاوت است.

اخترشناسی پرتو ایکس به‌طور خاصی چالش برانگیز است؛ زیرا در آن لازم است تا برای دیدن پرتوها از جو زمین خارج شویم. اولین مشاهدات پرتو ایکس، زودگذر بودند و فقط در محدوده‌ی پروازهای موشکی صوتی در حد چند دقیقه‌ یا احتمالاً چند ساعتی در یک بالون استراتوسفری رخ می‌داد.

در سال ۱۹۶۲، ریکاردو جیاکونی از اخترشناسان ایتالیایی‌آمریکایی به همراه تیمش موشکی با یک آشکارساز پرتو ایکس به بالای جو زمین ارسال کردند. به این ترتیب، اولین چشمه‌ی پرتوهای ایکس ستاره‌ای را کشف کردند. جیاکونی اشتیاق ذاتی برای انجام پژوهش‌های بیشتر داشت.

ناسا بر اساس طرح او اولین تلسکوپ پرتو ایکس اوهورو را پرتاب کرد. همچنین این تلسکوپ به‌نام ماهواره‌ی Small Astronomical Satellite-1، شناخته می‌شود. این تلسکوپ بیشتر از دو سال در مدار قرار گرفت و اولین نشانه‌های سیاه‌چاله را کشف کرد. رصدخانه‌ی اینشتین از دیگر ایده‌های تیم بود که در سال ۱۹۷۸ تا ۱۹۸۱ به فضا ارسال شد. این تلسکوپ پرتو ایکس به اولین تلسکوپی تبدیل شد که می‌توانست تصویربرداری کند.

جیاکونی از قدرت‌های تثبیت‌شده در اخترشناسی پرتو ایکس بود و با اسمیت‌سونیان و هاروی تانابام تیم پژوهشی تشکیل دادند تا رصدخانه قدرتمندتری ارائه دهند. نامی که برای آن انتخاب کردند اتاق اخترفیزیک پرتو ایکس است و بنابه اعلام دانشگاه هاروارد، هدف آن گرفتن عکس‌های باکیفیت و طیف‌های چشمه‌های پرتو ایکس است.

تلسکوپ اولین بار در سال ۱۹۷۶ پیشنهاد شد و از دهه‌ی ۱۹۸۰ فعالیت‌هایش آغاز شد. با کم کردن آینه‌ها ابزارآلات متصل به تلسکوپ، در سال ۱۹۹۲ مجدداً پیکربندی شد و به این صورت مقداری پول برای متناسب ساختن تلسکوپ ذخیره شد تا امکان پرتاب آن با شاتل مهیا شود. اندکی قبل از پرتاب، تلسکوپ به پاس زحمات برنده‌ی جایزه نوبل و اخترفیزیکدان سوبرامانیان چاندراسخار، چاندرا نامیده شد.

در تصویر بالا، رنگ قرمز پرتوهای ایکس کم انرژی را نشان می‌دهد، رنگ سبز بازه‌ی متوسط و نواحی به رنگ آبی پرانرژی‌ترین پرتوها هستند. تخلیه‌ی انرژی از سحابی اطراف ستاره‌ی درحال مرگ PSR B1509-58 عامل ایجاد این ساختار شبیه به دست آبی رنگ است. نواحی قرمز رنگ از گازهای همسایه هستند و RCW 89 نامیده می‌شوند.

چاندرا در تاریخ ۲۳ ژوئیه ۱۹۹۹ از محفظه‌ی محموله‌ی شاتل فضایی کلمبیا پرتاب شد؛ بزرگ‌ترین ماهواره و شاتلی که تاکنون پرتاب شده است. هشت ساعت بعد از رسیدن کلمبیا به فضا، چاندرا از محافظ جدا شد و با سرعت در جهت خود حرکت کرد. کنترل‌کنندگان برای مدار چاندرا در طی روزهای آتی تنظیمات متعددی انجام دادند.

با پایانی شدن عملیات، چاندرا در مداری بیضوی دور زمین قرار گرفت. فاصله‌ آن بین ۱۶ هزار تا ۱۳۳ هزار کیلومتر از زمین بود. در سمت‌الرأس آن، فاصله‌ی چاندرا به‌اندازه‌ی یک‌سوم فاصله‌ی زمین تا ماه است. این شرایط امکان مشاهدات طولانی‌مدت را تا ۵۲ ساعت فراهم می‌کند؛ قبل از اینکه هدف از نظر ناپدید شود.

جیاکونی قهرمان طولانی‌مدت و معتبر چاندرا، به خاطر کار پیشگامانه‌ی خود در اخترشناسی پرتو ایکس در سال ۲۰۰۲ جایزه‌ی نوبل خود را با دو تن از دیگر پیشگامان این حوزه شریک شد. تانابام، همکار وی، در سال ۱۹۹۱، رئیس مرکز پرتو ایکس چاندرا شد؛ موقعیتی که هنوز هم در اختیار دارد.

اولین نور یا اولین باری که چاندرا چشم تلسکوپی خود را در فضا باز کرد، اواسط اوت ۱۹۹۹ بود. اولین تصویرهای آن از ذات‌الکرسی-ای، Cassiopeia A بود. این جرم آسمانی ستاره‌ای بود که به‌صورت ابرنواختر منفجر شد و تیکو براهه در سال ۱۵۷۲ شاهد این واقعه بود.

این تصویر در عین زیبایی، ویژگی مهم‌تری داشت و آن سیر و سفر به درون تاریخچه‌ی ذات‌الکرسی-A بود. ناسا در یکی از مطبوعات در اوت سال ۱۹۹۹ اعلام کرد:

دانشمندان احتمال می‌دهند شواهد مشاهده‌شده‌ی یک ستاره نوترونی یا سیاه‌چاله در نزدیکی مرکز آن باشد.

چاندرا عناصری در گاز اطراف محیط ستاره پیدا کرده بود و بعد از آن سال، اخترشناسان این موضوع را در مقاله Astrophysical Journal Letters منتشر و بحث کردند. یافته‌ها شامل سولفور، سیلیکون و آهن می‌شد که از درون ستاره به محیط بیرون منفجر شد.

ستاره‌ها تمایل دارند هیدروژن و هلیوم را در دوران اولیه عمر خود بسوزانند. در زمان هم‌جوشی این عناصر، دمای داخل ستاره قبل از انفجار به میلیاردها درجه کلوین می‌رسد.

سحابی عقرب یکی دیگر از اهداف اولیه‌ی چاندرا بود.این تلسکوپ برای اولین بار نشان داد حلقه‌ای به‌دور یک ستاره‌ی پالسار در مرکز سحابی درحال چرخش است. هابل از قبل تجمعی از ماده را زیرنظر داشت که ستاره‌ی نوترونی را احاطه می‌کردند؛ اما این حلقه یک مورد کاملاً جدید محسوب می‌شد. جف هستر، پروفسور دانشگاه ایالت آریزونا در انتشارات ماه سپتامبر اعلام کرد:

تلسکوپ باید به ما بگوید که انرژی چگونه از تپ‌اختر (پالسار) به درون سحابی منتقل می‌شود؛ همانند یافتن خطوط انتقال بین نیروگاه و لامپ روشنایی است.

چاندرا در دومین سال عملیاتش، پیشرفت‌های چشمگیری کرد. به‌روزرسانی‌های منظم بحث درباره‌ی تحقیقات تلسکوپی را شروع کرد از جمله: ستاره‌های نشردهنده‌ی پرتو ایکس موجود در سحابی جبار، کهکشانی که با قورت دادن همسایه‌هایش رشد می‌کند و شواهدی بر ستاره‌های نوزاد و نوپا.

این تلسکوپ مجموعه‌ای از اکتشافات مربوط یه سیاه‌چاله‌ها را آغاز کرد. در این راستا چاندرا از یک سیاه‌چاله کوازار نوع دو که از خود پرتو ایکس منتشر می‌کرد شواهدی به دست آورد. قبلاً صفحه‌ای ضخیم از ماده، این سیاه‌چاله را پشت خود پنهان کرده بود.

مدتی بعد، دانشمندان وجود نوع جدیدی از سیاه‌چاله را در کهکشان M82 حدس زدند. در طول ۸ ماه مشاهدات، دانشمندان اظهار کردند این سیاه‌چاله‌ می‌تواند نشان‌دهنده‌ی یک مرحله‌ی تکاملی باشد که بین سیاه‌چاله‌های متشکل از ستاره‌ها و سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم واقع‌شده در مرکز کهکشان وجود دارد. ناسا در سپتامبر سال ۲۰۰۰ نوشت:

سیاه‌چاله‌ی موجود در کهکشان M82 حداقل ۵۰۰ برابر جرم خورشید را در ناحیه‌ای به اندازه‌ی ماه در خود جای می‌دهد. چنین سیاه‌چاله‌ای، شرایط شدید و طاقت‌فرسایی را برای شکل‌گیری خود لازم دارد، مثل رمبش یک هایپراستار یا ادغام تعداد زیادی از سیاه‌چاله‌ها.

اخترشناسان همواره به‌دنبال ماده‌ی تاریک هستند. آن‌ها معتقدند این ماده عملاً قابل رؤیت نیست و درعین حال بیشتر جهان را تشکیل می‌دهد. در حال حاضر ما فقط می‌توانیم از طریق گرانش آن‌ را شناسایی کنیم.

در سال ۲۰۰۶ گروهی از اخترشناسان بیشتر از ۱۰۰ ساعت خود را صرف استفاده ار چاندرا کردند، تا شاید خوشه‌ی کهکشانی 1E065756 را ببینند. این خوشه حاوی گازهایی است که از برخورد خوشه‌ای کهکشانی سرچشمه می‌گیرند. مشاهدات چاندرا با مشاهدات متعدد دیگر ادغام شد.

پژوهشگران اثر خوشه‌ی کهکشانی را بر همگرایی گرانشی آزمودند؛ روشی که گرانش، نور را از کهکشان‌های زمینه منحرف می‌کند. مشاهدات گرانشی آ‌ن‌ها حاکی از آن است ماده‌ی معمولی و ماده‌ی تاریک حین برخورد کهکشان از هم جدا می‌شوند.

با ادامه‌ی پژوهش‌های مربوط به ماده‌ی تاریک، چاندرا به‌دنبال پیدا کردن نوع دیگری از ماده‌ی گم‌شده بود. در سال ۲۰۱۰، پژوهشگران با استفاده از چاندرا و رصدخانه‌ی XMM-Newton آژانس فضایی اروپا، به‌دنبال محفظه‌ای از گاز بودند که در طول دیواره کهکشان‌ها قرار داشت و حدود ۴۰۰ میلیون سال نوری از زمین فاصله داشت.

دانشمندان شواهدی از باریون‌ها یافتند. باریون‌ها الکترون‌ها، پروتون‌ها و ذرات دیگری هستند که بخش عمده‌ای از ماده موجود در جهان را تشکیل می‌دهند. دانشمندان گمان می‌کردند آن گاز ممکن است مقادیر قابل توجهی از این ماده را دربرداشته باشد.

دانشمندان همواره به‌دنبال کشف ماهیت ماده به‌سر می‌برند و چاندرا تصاویر شگفت‌انگیزی به ما می‌دهد که ساختار جهان را آشکار می‌سازد. این تصاویر علاوه بر ابرحباب یافت‌‌شده در ابر ماژلانی، شامل نقشه‌هایی از سحابی‌های سیاره‌ای و خوشه‌های کهکشانی به‌ سرعت درحال رشد است.

در سال ۲۰۱۳، چاندرا رکورد جدیدی از یک انفجار سیاه‌چاله کلان‌جرم در کهکشان راه‌شیری ثبت کرد؛ این جرم سماوی کمان ای*، Sagittarius A* یا Sgr A* نامیده می‌شود. زمانی اخترشناسان تصور می‌کردند Sgr A* یک ابر گازی است و می‌خواستند واکنش آن‌ را مشاهده کنند؛ اما بعدها کشف کردند این شی در واقع ابری است که جرمی فشرده را احاطه کرده است. با اینکه G2 انفجارهای مدنظر دانشمندان را ارایه نکرد، آن‌ها مگازبانه‌ای را ثبت کردند که ۴۰۰ بار از حالت عادی خاموش یک سیاه‌چاله و سه برابر نسبت به رکورددار قبلی درخشان‌تر بود. فرد باگانف، عضو مؤسسه‌ی ماساچوست تکنولوژی در کمبریج منچستر در بیانیه‌ای اظهار داشت:

اگر سیارکی متلاشی شود، به‌مدت چند ساعت دور سیاه‌چاله می‌چرخد، درست مانند آبی که دور یک چاه آب باز بچرخد قبل از اینکه در آن فرو رود. ما فقط همین اندازه توانستیم زبانه پرتو ایکس را ببینیم. این موضوع برای ما بسیار جالب است.

نظریه‌ی دیگری پیشنهاد می‌کند خطوط میدان مغناطیسی در G2 با دنبال کردن Sgr A* درهم‌بافته‌ و پیچ خورده‌اند. پیکربندی مجدد گاه‌به‌گاه این خطوط میدان، انفجارهای پرتو ایکسی مشابه زبانه‌های مغناطیسی ایجاد‌شده در سطح خورشید، تولید می‌کند.

در سال ۲۰۱۷، چاندرا جز ابزاری بود که یک پالس نور پرانرژی را دریافت کرد. این پدیده نتیجه‌ی انفجار دو ستاره‌ی نوترونی درحال ادغام شدن بود. مشاهدات حاصل از رصدخانه امواج گرانشی تداخل‌سنج لیزری مؤسسه علوم ملی (LIGO)، امواج گرانشی مربوط به یک برخورد را ثبت کرد. این امر دانشمندان را تشویق به یافتن نشانه‌های حاصل از انفجارهای بعدی کرد. پائول هرتز رئیس بخش اخترفیزیک ناسا اعلام کرد:

این علوم بسیار هیجان‌انگیز هستند. ما برای اولین بار نور و امواج گرانشی ناشی از این رویداد مشابه را دیدیم. کشف امواج گرانشی از یک منبع نور، جزئیاتی از این رویداد را آشکار می‌کند که به‌تنهایی از طریق امواج گرانشی قابل شناسایی نیست. انجام مطالعات با چند رصدخانه اثر فزاینده و باورنکردنی دارد.

چاندرا در حال آماده کردن بشر برای سفر به سامانه‌های ستاره‌ای دیگر است. در سال ۲۰۱۸، چاندرا نتایج یک دهه مطالعه روی آلفا قنطورس، نزدیک‌ترین سامانه‌ی ستاره‌ای به خورشید را در نهایت اعلام کرد. سامانه‌ی ستاره‌ای سه‌تایی در فاصله بیشتر از ۴ سال نوری از زمین قرار دارد و هدف پروژه‌هایی مثل Breakthrough Starshot است؛ پروژه‌ای با هدف ارسال گروهی از نانوکرافت‌ها به سمت سیستم‌ها که به دنبال حیات بالقوه هستند. داده‌های چاندرا پس از مشاهده‌ی سیستم (سامانه) نشان می‌دهد که بمباران پرتو ایکس در اطراف آلفا قنطورس A  اندکی بهتر از خورشید و تنها اندکی بدتر از محیط اطراف آلفا قنطورس B است. تام آیرس پژوهشگر دانشگاه کلرادو بولدر در بیانیه‌ای اعلام داشت:

خبر خوب برای آلفا قنطورس AB وجود حیات احتمالی بر هر یک از سیاره‌های این سامانه است تا بتوانند از انفجارات پرتوهای ناشی از ستاره جان سالم به‌در ببرند. چاندرا نشان می‌دهد حیات باید امکان مبارزه بر سطح سیاره‌ها را حول هر یک از این ستاره‌ها داشته باشد.

انتظار می‌رفت مأموریت چاندرا تا پنج سال کار کند، اما این مدت به ۱۰ سال به طول انجامید و هم‌اکنون نیز پس از ۱۸ سال انجام عملیات با قدرت به کار خود ادامه می‌دهد. در مصاحبه‌ی سال ۲۰۱۰، راجر بریسندن مدیر چاندرا و رئیس پرواز خطاب به Sapce.com گفت ابزار و سیستم‌های پیشرانش توان کافی دارند طوری‌که بتوانند حداقل تا سال ۲۰۱۸ عمر کنند. بریسندن می‌گوید:

سوخت کافی برای ده‌ها سال وجود دارد. مأموریت ۲۰ ساله در حال دستیابی است.