مركبة بحجم حقيبة سفر قد تسمع صدى الكون قبل ولادة أولى النجوم

يستعد فريق بحثي دولي بقيادة جامعة كامبريدج لإطلاق مركبة فضائية صغيرة بحجم حقيبة سفر، أُطلق عليها اسم CosmoCube، في مهمة طموحة تهدف إلى "الاستماع" إلى إشارات صادرة من أعمق حقبة مظلمة في تاريخ الكون، سبقت اشتعال أولى النجوم بملايين السنين.

تستهدف المهمة ما يُعرف بالعصور المظلمة الكونية، وهي حقبة زمنية امتدت لنحو 150 مليون سنة بعد الانفجار العظيم، لم يكن فيها للكون أي مصدر ضوئي، إذ لم تكن النجوم قد تشكّلت بعد. وتسعى المركبة إلى رصد إشارات نادرة صادرة من هذه الحقبة غير المستكشفة إلى حد كبير، بما قد يكشف كيفية انتقال الكون من الظلام التام إلى العالم المضيء بالنجوم الذي نراه اليوم.

وتحديداً، ستبحث CosmoCube عن خط الهيدروجين بطول 21 سنتيمتراً، وهو إشارة راديوية تصدرها ذرات الهيدروجين المحايد عند انقلاب مغزل إلكترونها، وتعود هذه الإشارة، بحسب الباحثين، إلى ما يزيد على 13.5 مليار سنة، لكنها تظل صعبة الرصد من على سطح الأرض بسبب التداخل الكثيف الناتج عن الغلاف الجوي والأنشطة البشرية. وإلى جانب دراسة تشكّل النجوم الأولى، ستفحص المهمة دور المادة المظلمة في بناء البنى الكونية المبكرة، إذ يوضح البروفيسور إيلوي دي ليرا أسيدو، الباحث الرئيسي في المهمة، أن الهدف يشمل فهم "كيف عملت المادة المظلمة على جمع الهيدروجين ليشكّل أولى النجوم والمجرات".

ويكمن التحدي الأكبر أمام رصد هذه الإشارة الضعيفة في التداخل الراديوي الهائل الذي يحيط بالأرض، إذ يحجب الغلاف الأيوني ترددات راديوية أساسية للرصد، فيما تُضيف بثّات إذاعة FM والأقمار الصناعية وشبكات الاتصالات مزيداً من التشويش الذي يصعب تجاوزه. ولهذا اختار الفريق البحثي الجانب البعيد للقمر موقعاً للمهمة، إذ يوفر هذا الموقع عزلاً طبيعياً كاملاً عن هذا التداخل الأرضي. وأثناء دورانها حول القمر، ستقضي المركبة نحو 40 دقيقة "خلف القمر" في كل دورة مدتها ساعتان، وهي الفترة التي يوضح خلالها دي ليرا أسيدو أن هذا الموقع "يحل مشكلات متعددة دفعة واحدة، ويفتح نافذة صافية على الكون البدائي جداً".

وتعمل المركبة على رصد ترددات راديوية تتراوح بين 10 و50 ميغاهرتز، وهو نطاق يصعب على التلسكوبات الأرضية الوصول إليه تقريباً. وتعتمد CosmoCube في ذلك على هوائي راديوي خفيف الوزن قابل للنشر، ونظام معايرة يعتمد تقنية "التبديل بطريقة ديك" لمراقبة الإلكترونيات وضبطها باستمرار أثناء الرصد، إضافة إلى استخدام أساليب الإحصاء البايزي المتقدمة لمعالجة البيانات بعد جمعها، وتقنية "أنظمة الترددات اللاسلكية على الشريحة" التي تجمع بين الأنظمة التناظرية والرقمية في وحدة واحدة مدمجة.

ويقود المهمة مختبر كافنديش ومعهد كافلي لعلم الكونيات في جامعة كامبريدج، بمشاركة عدة جهات بريطانية من بينها شركة Surrey Space Technology المطوّرة لمنصة المركبة، وجامعة بورتسموث، ومختبر STFC RAL Space. كما تشارك في المهمة جهات بحثية من دول أوروبية أخرى من بينها مالطا، وتحظى بتمويل من وكالة الفضاء البريطانية ومؤسسة كافلي ومجلس أبحاث العلوم والتقنية البريطاني.

وتندرج هذه المهمة ضمن موجة الاهتمام الفضائي المتنامي في العالم العربي؛ إذ أثبتت الإمارات قدرتها بنجاح مسبار الأمل في مدار المريخ، فيما تستثمر وكالة الفضاء السعودية في مشاريع استكشافية طموحة متعددة. وتُشير نتائج CosmoCube إلى مستقبل تستطيع فيه دول بميزانيات فضائية محدودة المشاركة في رسم خريطة فهم الكون البدائي، وهو ما قد يفتح الباب أمام مراكز علم الفلك العربية كمعهد الفلك في الكويت ومركز الفضاء في الإمارات للتفكير في مساهمات مستقبلية ضمن شبكات رصد مشابهة.

ومن المقرر إطلاق المركبة خلال خمس سنوات، على أن تعمل لمدة عامين تجمع خلالهما نحو ألف ساعة رصد، ضمن ميزانية مستهدفة تقل عن 50 مليون يورو، عبر برنامج المهمات السريعة المصغّرة التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. وإذا نجحت المهمة في رصد هذه الإشارة القديمة، فإنها ستثبت أن الاكتشافات الكونية التحولية لا تتطلب بالضرورة مركبات فضائية ضخمة ومكلفة، بل يمكن لقمر صناعي مدمج، موضوع في بيئة راديوية هادئة استثنائياً، أن يفتح آفاقاً جديدة لفهم واحدة من أكثر حقبات الكون غموضاً، ويجيب عن أسئلة جوهرية تتعلق بكيفية تشكّل البنى الكونية الكبرى ودور المادة المظلمة في هذه العملية.