الكلمات المفتاحيّة: علم المواطن، فلك أشعّة غاما، Open Universe، بلازارات

مقدّمة

برنامج PCTO الإيطالي

تدعم وزارة التعليم والجامعات والبحث العلمي الإيطاليّة (MIUR، Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca) برنامجاً يُسمّى «Percorsi per le Competenze Trasversali e per l’Orientamento» (PCTO)، أي «مسارات للمهارات العرضيّة والتوجيه». يهدف البرنامج إلى تمكين الطلاب من اكتساب مهارات خارج المنهاج الدراسي التقليدي، وقد يتمّ ذلك خارج أسوار المدرسة. يجب على كلّ طالب في أي مدرسة إيطاليّة إكمال ما لا يقلّ عن 90 ساعة من خبرة ضمن PCTO كشرط للتخرّج. لدى جامعة بادوفا اتفاقيّات PCTO مع عدّة مدارس ثانويّة 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، امتدّت مرحلته الأولى من سبتمبر 2021 حتى مارس 2022، بمجموع يقارب 40 ساعة عمل لكلّ طالب، بعضها في مقرّ الجامعة وبعضها من المنزل.

مشروع Open Universe وبوّابة Firmamento

يُعدّ مشروع «Open Universe» مبادرةً تحت رعاية لجنة استخدام الفضاء الخارجي للأغراض السلميّة (COPUOS)، وهدفها زيادة توافر واستخدام بيانات علوم الفضاء بشكل كبير، وتوسيع إمكانيات الاكتشاف العلمي لتشمل مشاركين جدد من جميع أنحاء العالم، وتمكين الخدمات التعليميّة عالمياً. تُدار المبادرة حالياً تحت إشراف مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي (UNOOSA)، ويُموَّل رسميّاً من البرازيل، مع مشاركة العديد من الدول. البنية البرمجيّة الرئيسية كانت بوّابة Open Universe واسعة النطاق (ولم تَعُد قيد التطوير)، بالإضافة إلى موقع حديث مخصّص لعلم البلازارات يُسمّى Firmamento ، ويجري تطويره في مركز الفيزياء الفلكيّة والجسيمات والكواكب بجامعة نيويورك أبوظبي في الإمارات العربيّة المتحدة. بوّابة Firmamento متوافقة أيضاً مع الهواتف الذكيّة ، وتستند إلى الخبرة المكتسبة من أداة VOU-Blazars في البوّابة السابقة .

مرشّحو البلازار في فهرس Fermi-LAT 4FGL DR3 غير المُعرَّف

في هذا العمل، بدأ الطلاب بتحليل بيانات Fermi-LAT . أداة LAT هي جهاز فضائي حساس لأشعّة غاما في النطاق \(0.1-300\) جيغا إلكترون فولت، وتعمل منذ عام 2008. في أحدث فهرس لها (4FGL، إصدار البيانات الثالث DR3) ، يوجد 6658 مصدراً، من بينها عدّة مئات من البلازارات. البلازارات نفّاثات نسبيّة فائقة من الجسيمات والإشعاع ذات تدفّقات عالية جدّاً، ترتبط بثقوب سوداء فائقة الكتلة أثناء تراكم المادّة بكثافة. وهي مصادر قوية للإشعاع عبر جميع الأطوال الموجيّة، من الراديو حتى الطاقات العالية جدّاً . من بين جميع المصادر غير المرتبطة في هذا الفهرس، تمّ اختيار عيّنة بناءً على صلابة الطيف وبُعدها عن مستوي المجرّة. زُوِّد الطلاب بقائمة من 198 مصدر LAT غير مُعرَّف، جرى اختيارها وفقاً لصلابة الطيف والموقع. كان هدفهم إيجاد نظراء لهذه المصادر في أطوال موجيّة أخرى واقتراح هويّة محتملة لها.

البحث عن نظراء للبلازار

كانت الخطوة الأولى التحقّق ممّا إذا كانت لهذه المصادر نظراء في أطوال موجيّة أخرى. أُجري هذا الفحص باستخدام بوّابة Open Universe . الأداة الأولى المستخدمة كانت VOU-Blazars (المتوفّرة الآن ضمن Firmamento). تأخذ الأداة إحداثيّات السماء ونصف قطر منطقة عدم اليقين المطلوب تحليلها، وتبحث عن ارتباطات محتملة في أكثر من 70 فهرساً مختلفاً ضمن هذه المنطقة. يتمّ الترابط بناءً على معايير داخليّة (حالياً غير قابلة للتعديل من قبل المستخدم) تُوازِن وجود نظراء في أطوال موجيّة أخرى وترتّبها حسب الأهميّة النسبيّة. على سبيل المثال، إذا وُجد نظراء في كلٍّ من الأشعّة السينيّة والراديو على مسافة زاويّة صغيرة، يُعدّ الارتباط ذا دلالة عالية. تظهر نتائج نموذجية في الشكل الآتي.

في الخطوة الثانية، قام الطلاب بالتحقّق من كلّ ارتباط مُرشَّح على حدة. تمّ ذلك بإدخال إحداثيّات المرشّح في أداة ثانية تُسمّى «SDSS Sky Survey» (متوفّرة الآن ضمن Firmamento)، وهي أيضاً ضمن بوّابة Open Universe . تُعيد هذه الأداة خريطة سماويّة في النطاق البصري حول اتجاه المرشّح، كما هو موضّح في الشكل التالي (يسار). في الخطوة الثالثة، استُخدمت أداة تُسمّى VOU-SED (متوفّرة الآن ضمن Firmamento)، والتي تولّد توزيع الطاقة الطيفي SED، كما هو موضّح في الشكل نفسه (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 يُسمّى blast (أداة السنكروترون للبلازار) ، وهو مبني على خوارزمية تعلّم آلي، لتقدير موضع قمّة السنكروترون للبلازار بالاعتماد على توزيع الطاقة الطيفي (SED) كملف نصّي (يُحتسب تلقائياً الآن في Firmamento؛ انظر الشكل أعلاه). يُعدّ تحديد هذا الموضع مهمّاً لتصنيف البلازارات إلى فئات فرعيّة (منخفضة/متوسّطة/عالية قمّة السنكروترون).

فهرس مرشّحي البلازار الجُدُد

جمعنا نتائجنا في الجدول أدناه. يعرض الجدول اسمَ وموقعَ مصدر Fermi-LAT 4FGL في الجهة اليسرى، وفي الجهة اليمنى بعض المعلومات الأساسيّة عن أفضل مرشّح: اسم الفهرس، موقعه، الانزياح الأحمر (عند توافُره)، وموضعُ وعدمُ يقين قمّة السنكروترون المحسوبة بواسطة كود blast . يرمز اختصار LSSUM إلى «ليتشيه سينتيفيكو ستاتالي أوغو مورين».

نلاحظ أنّ كلا التوزيعين منطقيّان: إذ يتركّز توزيع الانزياح الأحمر عند مسافات قريبة نسبياً، بينما يتمركز توزيع قمّة السنكروترون تقريباً حول \(10^{16}\) هرتز، بما يتوافق مع معايير صلابة الطيف لعينة مرشّحي Fermi-LAT الأوّليّة.

الآفاق والاستنتاجات

على الرغم من أنّنا نعتبر ارتباطاتنا ذات موثوقيّة عالية، فإنّ الجدول لا يزال أوّليّاً وغير مكتمل. نُخطّط لإعادة تقييم الأهداف عبر تخفيف معاييرنا المُطبّقة على عيّنة مصادر Fermi-LAT غير المرتبطة. بعد ذلك، نهدف إلى محاولة التحقّق من صحّة أكبر عدد ممكن من المرشّحين. في بعض الحالات، نحتاج إلى بيانات إضافيّة. نناقش حالياً إمكانيّة تقديم مقترحات للرصد في النطاق البصري (لتقدير الانزياح الأحمر) وفي الأشعّة السينيّة وأشعّة غاما للتحقّق من قمّة كومبتون المعكوسة. نأمل أن تُتوَّج هذه الجهود بنشرٍ علمي في مجلة متخصّصة.

نختم بكلمات الطلاب:

«لقد كانت تجربة PCTO هذه فرصة أساسيّة للنموّ الشخصي، فقد منحتنا إمكانيّة التعرّف عن قرب على بيئة البحث العلمي وفهم ما يعنيه العمل في الجامعة حقّاً. وبفضل هذه الفرصة، أصبحنا نعلم أنّنا نرغب في أن نصير باحثين في المستقبل.»