البلازارات هي نوى مجرية نشطة تتجه نفاثاتها فائقة النسبية باتجاه الراصد. تصدر هذه الأجسام عبر كامل الطيف الكهرومغناطيسي، من موجات الراديو حتى أشعة غاما ذات الطاقة العالية جداً. لم يتم اكتشاف جميع البلازارات بعد. في هذا العمل، نقترح فهرساً لمرشحين جدد ذوي احتمالية عالية بالاعتماد على الربط بين انبعاث أشعة غاما عالية الطاقة ومؤشرات في الراديو، والأشعة السينية، والبصري. وتكمن أهمية هذا العمل أيضاً في كونه من إنجاز أربعة طلاب من المرحلة الثانوية من مدرسة "ليتشيه أوغو مورين" في البندقية، إيطاليا، باستخدام منصة Open Universe مفتوحة المصدر، وبالتعاون مع جامعة بادوفا. يأتي هذا النشاط ضمن إطار برنامج PCTO التابع لوزارة التعليم الإيطالية. نعرض هنا نتائج هذه التجربة في علم المواطن ونناقشها.
سبتمبر 2022
الكلمات المفتاحية: علم المواطن، فلك أشعة غاما، Open Universe، بلازار
تدعم وزارة التعليم والجامعة والبحث العلمي الإيطالية (MIUR، Ministero Istruzione Università e Ricerca) برنامجاً يُسمى "Percorsi per le Competenze Trasversali e per l’Orientamento" (PCTO)، أي "مسارات للمهارات العرضية والتوجيه". يهدف البرنامج إلى تمكين الطلاب من اكتساب مهارات خارج المنهاج الدراسي التقليدي، وقد يتم ذلك خارج أسوار المدرسة. يجب على كل طالب في أي مدرسة إيطالية إكمال ما لا يقل عن 90 ساعة من خبرة PCTO كشرط للتخرج. لدى جامعة بادوفا اتفاقيات PCTO مع عدة مدارس ثانوية في إيطاليا، من بينها "ليتشيه سينتيفيكو ستاتالي أوغو مورين" (LSSUM) في البندقية. ضمن هذا الاتفاق، بدأ برنامج خاص مع أربعة طلاب من الصف الرابع الثانوي، امتدت مرحلته الأولى من سبتمبر 2021 حتى مارس 2022، بمجموع يقارب 40 ساعة عمل لكل طالب، بعضها في مقر الجامعة وبعضها من المنزل.
Firmamentoيُعد مشروع "Open Universe" مبادرة تحت رعاية لجنة استخدام الفضاء الخارجي للأغراض السلمية (COPUOS)، وهدفه زيادة توافر واستخدام بيانات علوم الفضاء بشكل كبير، وتوسيع إمكانيات الاكتشاف العلمي لتشمل مشاركين جدد من جميع أنحاء العالم، وتمكين الخدمات التعليمية عالمياً. يُدار المشروع حالياً تحت إشراف مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي (UNOOSA)، ويموَّل رسمياً من البرازيل، مع مشاركة العديد من الدول. البنية البرمجية الرئيسية كانت بوابة Open Universe واسعة النطاق (لم تعد قيد التطوير)، بالإضافة إلى موقع حديث مخصص لعلم البلازارات يُسمى Firmamento ، ويجري تطويره في مركز الفيزياء الفلكية والجسيمات والكواكب بجامعة نيويورك أبوظبي في الإمارات العربية المتحدة. بوابة Firmamento متوافقة أيضاً مع الهواتف الذكية . وتستند Firmamento إلى الخبرة المكتسبة من أداة VOU-Blazar في البوابة السابقة .
Fermi-LAT 4FGL DR3 غير المعرففي هذا العمل، بدأ الطلاب بتحليل بيانات Fermi-LAT . أداة LAT هي جهاز فضائي حساس لأشعة غاما في النطاق \(0.1-300\) جيغا إلكترون فولت، وتعمل منذ عام 2008. في أحدث فهرس لها (4FGL، الإصدار الثالث) ، يوجد 6658 مصدراً، من بينها عدة مئات من البلازارات. هذه البلازارات هي نفاثات فائقة النسبية من الجسيمات والإشعاع ذات تدفقات عالية جداً، تتشكل عند الثقوب السوداء فائقة الكتلة أثناء تراكم المادة بكثافة. البلازارات مصادر قوية للإشعاع عبر جميع الأطوال الموجية، من الراديو حتى الطاقات العالية جداً . من بين جميع المصادر غير المرتبطة في هذا الفهرس، تم اختيار عينة بناءً على صلابة الطيف وبعدها عن مستوى المجرة. تم تزويد الطلاب بقائمة من 198 مصدر LAT غير معرف، تم اختيارها وفقاً لصلابة الطيف والموقع. كان هدفهم إيجاد نظائر لهذه المصادر في أطوال موجية أخرى واقتراح هوية محتملة لها.
كانت الخطوة الأولى التحقق مما إذا كانت لهذه المصادر نظائر في أطوال موجية أخرى. تم إجراء هذا الفحص باستخدام بوابة Open Universe . الأداة الأولى المستخدمة كانت VOU-Blazars (المتوفرة الآن ضمن Firmamento). تأخذ الأداة إحداثيات المنطقة ومنطقة عدم اليقين المطلوب تحليلها، وتبحث عن ارتباطات محتملة في أكثر من 70 فهرساً مختلفاً ضمن هذه المنطقة. يتم الربط بناءً على معايير داخلية (حالياً غير قابلة للتعديل من قبل المستخدم) تزن وجود نظائر في أطوال موجية أخرى وترتبها حسب الأهمية النسبية. على سبيل المثال، إذا وُجدت نظائر في كل من الأشعة السينية والراديو على مسافة قريبة، يُعتبر الارتباط ذا دلالة عالية. تظهر النتائج في [الشكل: الارتباطات].
في الخطوة الثانية، قام الطلاب بالتحقق من كل ارتباط مرشح على حدة. تم ذلك بإدخال إحداثيات المرشح في أداة ثانية تُسمى SSDS Sky survey (متوفرة الآن ضمن Firmamento)، وهي أيضاً من بوابة Open Universe . تعيد هذه الأداة خريطة سماوية في الطيف البصري حول اتجاه المرشح، كما هو موضح في [الشكل: SED] (يسار). في الخطوة الثالثة، استخدم الطلاب أداة تُسمى VOU-SED (متوفرة الآن ضمن Firmamento)، والتي تولد توزيع الطاقة الطيفي (SED)، كما هو موضح في [الشكل: SED] (يمين)، بالإضافة إلى ملف بيانات جدولي، مثلاً:
1 matched source 0.11633 25.46800 99
Frequency nufnu nufnu unc. nufnu unc. start end Catalog Reference
Hz erg/cm2/s upper lower MJD MJD
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1.400E+09 1.372E-16 1.498E-16 1.246E-16 55000. 55000. NVSS Condon et al. 1998, AJ, 115, 1693
2.418E+17 1.185E-12 1.780E-12 5.893E-13 55000. 55000. XMMSL Saxton et al. 2008, A&A, 480, 611
2.660E+17 9.824E-13 1.473E-12 4.916E-13 55000. 55000. XMMSL Saxton et al. 2008, A&A, 480, 611
1.692E+18 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 55000. 55000. XMMSL Saxton et al. 2008, A&A, 480, 611
4.455E+14 2.257E-13 0.000E+00 0.000E+00 55000. 55000. GAIA The Gaia Coll. 2016, A&A, 595, A2
8.328E+14 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 55000. 55000. HST Lasker et al. 2008, AJ, 136, 735
6.813E+14 1.881E-13 2.434E-13 1.453E-13 55000. 55000. HST Lasker et al. 2008, AJ, 136, 735
5.451E+14 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 55000. 55000. HST Lasker et al. 2008, AJ, 136, 735
4.684E+14 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 55000. 55000. HST Lasker et al. 2008, AJ, 136, 735
3.795E+14 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 55000. 55000. HST Lasker et al. 2008, AJ, 136, 735
6.233E+14 2.748E-13 2.791E-13 2.706E-13 55000. 55000. PANSTARRS Chambers et al. 2016 1612.05560
...
أخيراً، استخدم الطلاب برنامجاً يُسمى blast (أداة البلازار السينكرترونية) ، وهو مبني على خوارزمية تعلم آلي، لتقدير موضع قمة السينكرترون للبلازار بناءً على توزيع الطاقة الطيفي (SED) كملف نصي (يتم حسابه تلقائياً الآن في Firmamento، انظر [الشكل: SED]). يُعد تحديد هذا الموضع مهماً لتصنيف البلازارات إلى فئات فرعية (مثل منخفضة أو عالية قمة الطاقة... إلخ).
قمنا بجمع نتائجنا في [الجدول: الفهرس]. يعرض الجدول اسم وموقع مصدر Fermi-LAT 4FGL في الجهة اليسرى، وفي الجهة اليمنى بعض المعلومات الأساسية عن أفضل مرشح: اسم الفهرس، موقعه، الانزياح الأحمر (عند توفره)، وموضع وعدم يقين قمة السينكرترون المحسوبة بواسطة كود blast . يرمز اختصار LSSUM إلى "ليتشيه سينتيفيكو ستاتالي أوغو مورين".
في [الشكل: التوزيع] نعرض توزيع الانزياح الأحمر وتوزيع قمة السينكرترون للارتباطات. كلا التوزيعين منطقيان: حيث يتركز توزيع الانزياح الأحمر عند مسافات قريبة، وتوزيع قمة السينكرترون متمركز تقريباً حول \(10^{16}\) هرتز، بما يتوافق مع معايير صلابة الطيف لعينة مرشحي Fermi-LAT الأولية.
معرف Fermi-LAT |
RA | Dec | معرف LSSUM | RA | Dec | \(z\) | \(\log_{10}\nu_{\rm{peak}}\) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4FGL J0000.7+2530 | 0.188 | 25.515 | LSSUM J000027.9+252805 | 0.11633 | 25.4680 | 0.49 | 16.6 \(\pm\)0.5 |
| 4FGL J0026.1\(-\)0732 | 6.540 | -7.543 | LSSUM J002611.6\(-\)073115 | 6.54842 | -7.52097 | - | 16.9 \(\pm\)0.4 |
على الرغم من أننا نعتبر ارتباطاتنا ذات موثوقية عالية، إلا أن [الجدول: الفهرس] لا يزال أولياً وغير مكتمل. نخطط لإعادة تقييم الأهداف من خلال تخفيف معاييرنا على عينة مصادر Fermi-LAT غير المرتبطة. بعد ذلك، نهدف إلى محاولة التحقق من صحة أكبر عدد ممكن من المرشحين. في بعض الحالات، نحتاج إلى بيانات إضافية. نناقش حالياً إمكانية تقديم مقترحات للرصد في النطاق البصري (لتقدير الانزياح الأحمر) وفي الأشعة السينية وأشعة غاما للتحقق من قمة كومبتون المعكوسة. نأمل أن تكلل إنجازاتنا بنشر علمي في مجلة متخصصة.
نختم بكلمات الطلاب:
«لقد كانت تجربة PCTO هذه فرصة أساسية للنمو الشخصي، فقد منحتنا إمكانية التعرف عن قرب على بيئة البحث العلمي وفهم ما يعنيه العمل في الجامعة حقاً. وبفضل هذه الفرصة، أصبحنا نعلم أننا نرغب في أن نصبح باحثين في المستقبل.»
نتوجه بجزيل الشكر للأستاذة أريانا بولدرين والأستاذة أليس سيلسي، المسؤولتين على التوالي عن برنامج PCTO في LSSUM وعن هذا البرنامج الخاص مع جامعة بادوفا. كما نشكر الأستاذة إليسا برانديني على النقاشات المفيدة حول المشروع، وموظفي جامعة بادوفا الذين دعموا هذه المبادرة.