فيرمامِنتو (https://firmamento.hosting.nyu.edu) أداة مبتكرة لتحليل البيانات عبر الويب ومتوافقة مع الأجهزة المحمولة، مُكرَّسة لدراسة المصادر الفلكيّة متعدِّدة التردّدات/الرُّسُل، مثل البلازارات. ورغم أنّها صُمِّمت بدايةً لدعم مشروع بحثيّ للمواطنين في جامعة نيويورك أبوظبي (NYUAD)، فقد تطوّرت فيرمامِنتو لتغدو أداةً قيّمةً للباحثين المحترفين بفضل إتاحتها الواسعة لمجموعات بيانات مفتوحة، تقليدية ومعاصرة، متعدِّدة التردّدات. من هذا المنظور، تُتيح فيرمامِنتو تحديد بلازارات جديدة ومصادر أخرى متعدِّدة التردّدات ضمن مناطق عدم اليقين في التموضع لمصادر ترصدها مراصد راهنة أو مستقبلية مثل Fermi-LAT وSwift وeROSITA وCTA وASTRI Mini-Array وLHAASO وIceCube وKM3NeT وSWGO وغيرها. البيانات متعدِّدة الأزمنة ومتعدِّدة الأطوال الموجية التي تسترجعها فيرمامِنتو من أكثر من 90 فهرساً وقاعدة بيانات محلية وعالمية يمكن استخدامها لتوصيف توزيع الطاقة الطيفية وخصائص التغيّر الزمني للمصادر الكونية، فضلاً عن تقييد النماذج الفيزيائية. تتميّز فيرمامِنتو عن المنصّات الإلكترونية الأخرى بتخصُّصها العالي، واعتمادها تقنيات التعلُّم الآلي ومنهجيّات حديثة لتحليل البيانات، والتزامها بالشمولية. وتهدف الأداة إلى دعم كلٍّ من الباحثين والعلماء المواطنين، بما يُعزِّز توجهاً متنامياً مع تطوّر أدوات استرجاع البيانات وتوافر تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلُّم الآلي على نطاق أوسع في السنوات القادمة.
تشهد مرافق علم الفلك توجُّهاً متزايداً نحو إتاحة بياناتها بشكل مفتوح في مرحلةٍ ما، إلى جانب الدفع باتجاه تبنّي مبادئ FAIR 1، وظهور مشاريع مثل التحالف الدولي للمرصد الافتراضي 2 وغيرها الكثير التي برزت في السنوات الأخيرة، ما وسّع على نحوٍ كبير إمكانيّات الاكتشاف لدى المجتمع العلمي. تشمل هذه المبادرات السحابة الأوروبية للعلوم (EOSC)3، وتحالف بيانات البحث (RDA)4، وعنقود البنية التحتيّة للبحث (ASTERICS)5، ومبادرة الكون المفتوح6، وغيرها. وإضافةً إلى ذلك، فإنّ العدد المتزايد بسرعة من الأرشيفات الإلكترونيّة المموّلة من وكالات الفضاء ومنظمات أخرى يوفِّر طيفاً واسعاً من البيانات الفلكيّة المفتوحة. إنّ تعداد جميع خدمات البيانات العاملة حالياً أمر غير عملي بسبب كثرتها، ما يبرز التوسّع السريع في البيانات المتاحة وبالتالي إمكانيّات الاكتشاف. كثير من المبادئ وبعض البرمجيّات الموضّحة في هذا العمل مستمدّة من الجهود التي بُذلت خلال السنوات الأخيرة ضمن مبادرة الكون المفتوح . وقد طُرحت هذه الشراكة الدولية في لجنة الأمم المتحدة للاستخدامات السلميّة للفضاء الخارجي (COPUOS) عام 2016 ونوقشت على نطاقٍ واسع في اجتماعات نظّمها مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي (UNOOSA).
هذه التطوّرات الإيجابية تخلق أيضاً فرصاً غير مسبوقة أمام أفراد ذوي مهارات متنوِّعة للمشاركة في الأنشطة والاكتشافات العلميّة. في هذا السياق، تبرز أمثلة لمشاريع ناجحة شارك فيها أعداد كبيرة من العلماء المواطنين، غالباً دون تدريب علمي رسمي في الفلك؛ من ذلك مشروع "حديقة المجرّات" 7 الذي أفضى إلى تصنيف آلاف المجرّات اعتماداً على أشكالها، ومشروع SETI@home 8 الذي يتيح للمواطنين المساهمة في البحث عن ذكاء خارج الأرض باستخدام حواسيبهم المتّصلة بالإنترنت. وقد ظهرت بالفعل العديد من الأوراق العلميّة بمشاركة علماء مواطنين في الأدبيات، بما يبرهن على أنّ الأفراد غير المُدرَّبين يمكنهم الإسهام بفاعلية في البحث العلمي. تعتمد المبادرات الراهنة في علم المواطن على مشاريع علميّة تُحدَّد بعناية من قِبَل علماء محترفين، بينما يساهم المواطنون بتوفير الجهد اللازم لتنفيذ المهام المحدَّدة. إنّ الانتشار السريع لأدوات التعلُّم الآلي وخدمات الذكاء الاصطناعي المجّانية يسرِّع بشكلٍ ملحوظ تحقيق الهدف النهائي المتمثِّل في تمكين المواطنين المهتمّين بالعلوم من ابتكار وتنفيذ مشاريع بحثية بصورة مستقلّة، وهو هدف طويل الأمد لمبادرة الكون المفتوح.
ورغم التوجّه الإيجابي نحو إتاحة البيانات، ما تزال هناك تحدّيات؛ إذ يتطلّب الإفادة الكاملة من جميع مجموعات البيانات المتاحة تحليل بيانات صادرة عن كواشف متباينة تماماً، لكلٍّ منها خبرات متخصِّصة نادرة. ومع ذلك، فإنّ تزايد توافُر البيانات متعدِّدة التردّدات الجاهزة للبحث يجعل علم الفلك متعدِّد الرُّسُل متاحاً لشريحة أوسع من الباحثين والعلماء المواطنين.
يقدِّم هذا العمل أداة فيرمامِنتو، وهي خدمة إلكترونية جديدة طُوِّرت لدعم الباحثين المواطنين والمحترفين في مجال البلازارات وأبحاث الرُّسُل المتعدِّدة، مستفيدةً من خبرة مبادرة الكون المفتوح. يمكن الوصول إلى الخدمة من الحاسوب أو الجهاز اللوحي أو الهاتف المحمول، وهي أداة قوية لتحديد ودراسة المصادر الكونية التي ترصدها كواشف الرُّسُل المتعدِّدة الراهنة والمستقبلية، مع مناطق عدم يقين في التموضع تتراوح من ثوانٍ قوسيّة إلى بضع درجات مربّعة؛ بما يشمل، على سبيل المثال لا الحصر، eROSITA وSwift وFermi وAGILE وLHAASO وCTA وASTRI Mini-Array وIceCubeGen2 وKM3NeT . وبفضل واجهتها سهلة الاستخدام، يستطيع غير المتخصّصين في الفلك الإفادة من فيرمامِنتو، ما يجعلها أداة تعليمية أيضاً.
بالتوازي مع إنجازات علم الفلك متعدِّد التردّدات، أفضى التطوّر الحديث لمراصد متقدِّمة قادرة على رصد رُسُل كونية أخرى مثل النيوترينوات 9، والأشعّة الكونية فائقة الطاقة 10، والأمواج الثقالية 11، إلى فتح آفاق جديدة في الفيزياء الفلكيّة متعدِّدة الرُّسُل. هذا التطوّر السريع يوسِّع معرفتنا بالكون عبر دراسة المادّة والإشعاع في بيئات فلكيّة تتفاعل فيها القوى الأساسية (الثقالية، الكهرومغناطيسية، القوية والضعيفة) ضمن طيف واسع جداً من الظروف الفيزيائية. وتوفِّر النيوترينوات، بخاصّة، نافذة رصد فريدة على أكثر البيئات الفلكية تطرفاً؛ إذ إنّ هذه الجسيمات المستقرة ضعيفة التفاعل يمكنها السفر لمسافات كونية، وعلى خلاف الفوتونات تستطيع الإفلات من المناطق الكثيفة التي تُنتَج فيها وتبلغ الأرض دون أن تتأثّر حتى عند أعلى الطاقات.
على الرغم من رصد تدفُّق من النيوترينوات والأشعّة الكونية عالية الطاقة ، ما تزال طبيعة المصادر التي تُنتج هذه الجسيمات غير معروفة إلى حدٍّ كبير. وقد اقتُرحت أنواع متعدِّدة من المصادر الفلكيّة، داخل مجرّتنا وخارجها، كمصادر محتملة للرُّسُل المتعدِّدة. وتُعدّ فئة البلازارات من بين أكثر المصادر وعوداً في هذا السياق.
تُعدّ البلازارات من أقوى المصادر المستمرة في الكون . وهي نوع نادر من نوى المجرّات النشطة شديدة التغيّر ، تصدر إشعاعاً كهرومغناطيسياً عبر كامل الطيف، من موجات الراديو حتى أشعّة غاما عالية الطاقة، ويُشتبه في كونها مصدراً للنيوترينوات عالية الطاقة . يُعتقَد أنّ المُحرِّك الفيزيائي لهذه المصادر هو نفّاثة مادّية نسبوية تنطلق من الثقب الأسود الهائل المركزي باتجاهات تصادف أن تكون موجَّهة نحو الأرض. هذا الوضع الفيزيائي والهندسي الخاص هو ما يجعل البلازارات فريدة من نوعها ويؤدّي إلى رصدها عند طاقاتٍ لا تظهر فيها مصادر كونية أخرى، مثل نطاق أشعّة غاما حيث تُعدّ أكثر المصادر خارج المجرّية شيوعاً . ومع ذلك، لم يُكتشف حتى الآن سوى نحو 6000 جسم من هذا النوع في مسوحات راديوية وسينيّة وغامّاويّة على مدى الأربعين سنة الماضية . ومع تزايد توافُر البيانات الجديدة، يُتوقَّع أن يرتفع هذا العدد بشكلٍ كبير قريباً. فعلى سبيل المثال، يُرتقب أن يرصد مسح السماء بالأشعّة السينية SRG/eROSITA الجاري حالياً أكثر من 100,000 بلازار، وقد أُعلن عن نشر أول فهرس كبير من هذا المسح قريباً. كما ستكتشف مراصد قادمة تعمل في نطاق أشعّة غاما عالية الطاقة مثل CTA12 وASTRI Mini-Array13 وSWGO ، وغيرها من مرافق الرُّسُل المتعدِّدة مثل KM3NeT14 وبايكال-GVD15 وتجربة النيوترينوات في المحيط الهادئ ، عدداً مهماً من البلازارات. إنّ تحديد وتوصيف جميع هذه المصادر سيكون تحدّياً كبيراً. وتتمتّع فيرمامِنتو بإمكان لعب دور محوري في هذا المجال، بما في ذلك عبر مشاريع العلماء المواطنين والطلاب.
تركّز فيرمامِنتو في نسختها الحالية (https://firmamento.hosting.nyu.edu) على اكتشاف البلازارات وأبحاث الفيزياء الفلكيّة متعدِّدة الرُّسُل. لتحقيق ذلك، توفّر الأداة:
يوضّح الشكل 1 معماريّة أداة فيرمامِنتو، والتي تتألّف من أربعة مكوِّنات رئيسية: واجهة ويب أمامية، وخادم وسيط، وقاعدة بيانات، وخادم معالجة. يلعب كلّ مكوِّن دوراً محورياً في عمل النظام ككلّ. في الأقسام الآتية، نقدّم وصفاً لكلّ مكوِّن، بالإضافة إلى البرمجيّات التي تعمل على الخادم.
تُعدّ الواجهة الأمامية موقع التفاعل الرئيسي للمستخدم مع الخدمات الإلكترونية. وفي نظام مثل فيرمامِنتو الذي يستهدف مستخدمين بمستويات مهارية متباينة، يُصبح هذا المكوِّن بالغ الأهمية. اعتمدنا في التصميم على البساطة وسهولة الاستخدام. يتضمّن الموقع مناطق رئيسية يمكن الوصول إليها عبر ألسنة تبويب مخصّصة:
تقنياً، بُنيت الواجهة الأمامية لـ فيرمامِنتو باستخدام إطار عمل React JavaScript 17، مع الحرص على سهولة الاستخدام من الحواسيب والهواتف الذكية على حدٍّ سواء.
يُستضاف الخادم الوسيط على مزوِّد خدمة سحابية (حالياً Heroku وقابل للتغيير). يمثّل هذا الخادم عنصراً محورياً في النظام، إذ يعمل كبوّابة إلى خادم NYUAD، مستنداً إلى تدابير الأمان التي توفّرها الخدمة السحابية. تشمل وظائفه الرئيسيّة تحديد معدّل الطلبات، والتحقّق من مدخلات المستخدم، وتطبيق تدابير أمان لحماية خادم المعالجة في NYUAD من التهديدات السيبرانية.
عند طلب المستخدم تنفيذ مهمّة جديدة، يُجري الخادم الوسيط فحصاً أوّلياً في قاعدة البيانات. إذا لم تكن البيانات المطلوبة موجودة، يُحوَّل الطلب إلى خادم المعالجة في NYUAD، مع مراقبة حالة الخادم. ومن الميزات البارزة استخدام WebSockets للتواصل، ما يتيح عرض السجلات آنياً على الواجهة الأمامية أثناء تنفيذ المهمّة. كما يعمل الخادم كمدير صفّ للمهام الواردة، إذ يمكن للنظام الحالي تنفيذ عددٍ محدود من المهام بالتوازي. ومع زيادة عدد خوادم المعالجة، يعمل الخادم الوسيط كموازن للأحمال، موزِّعاً المهام بين الخوادم المختلفة لتحقيق أفضل استغلال للموارد.
تُستخدَم خدمة قاعدة بيانات سحابية (حالياً Firebase وقابلة للتغيير) لتخزين مخرجات المهام التي ينفِّذها خادم المعالجة. لا يمكن الوصول إلى هذه القاعدة إلا من قِبَل الخادم الوسيط وخادم المعالجة، ما يضمن الأمان. عند وصول طلب جديد إلى الخادم الوسيط، يتحقّق من وجود نتائج سابقة في القاعدة. وإذا لم تكن النتائج موجودة، يُرجِع النظام قيمة فارغة إلى الخادم الوسيط، مُشيراً إلى ضرورة التواصل مع خادم NYUAD.
الخادم الموجود في NYUAD هو حيث تُوجَّه طلبات المستخدمين للمعالجة عند الحاجة. هذا المكوِّن الحاسم في نظام فيرمامِنتو مُشترك مع مشاريع أخرى في NYUAD. عند بدء مهمّة جديدة، يمرّ الطلب عبر الخادم الوسيط إلى هذا الخادم، مشيراً إلى أنّ المهمّة لم تُنفَّذ من قبل. حالياً يمكن للخادم تنفيذ خمس مهام كحدٍّ أقصى في الوقت نفسه نظراً لمتطلّبات الموارد. لذلك أُنشئ نظام صفّ لترتيب المهام حسب أولوية الوصول. أثناء تنفيذ المهمّة، تُرسَل جميع السجلات إلى الخادم الوسيط عبر WebSockets، ما يتيح عرضها آنياً. بعد نجاح التنفيذ، تُرسَل النتائج إلى الخادم الوسيط الذي يعرضها على الواجهة الأمامية. تشمل النتائج رسم SED، وملف CSV للبيانات، وملفَّيْن نصيَّيْن، ونتائج برنامج BLAST. وفي حال حدوث أخطاء، يُخطَر المستخدمون وتُسجَّل السجلات لتحليلها لاحقاً من قِبَل المطوِّرين.
الخادم في NYUAD مُؤمَّن على نحوٍ عالٍ، إذ لا يمكن الاتصال به إلا عبر الخادم الوسيط وقاعدة البيانات السحابية. وأي محاولة اتصال أخرى تُحجَب بواسطة نظام الأمان الذي طُوِّر بالتعاون مع فريق تكنولوجيا المعلومات في NYUAD.
يعتمد فيرمامِنتو في تنفيذ مهامه العلميّة على برمجيّات مفتوحة المصدر أو داخلية تُفعَّل عبر واجهة المستخدم. فيما يلي وصف موجز لأهمّ المكوِّنات:
يوفّر فيرمامِنتو الوصول إلى فهرس للبلازارات المعروفة يضمّ أكثر من 6400 جسم، وجداول لمرشّحي البلازار تم تجميعها بطرق متنوِّعة، وقوائم لأنواع أخرى من المصادر متعدِّدة الأطوال الموجية، كما يلي:
تجمع هذه القائمة بين الأجسام المدرجة في فهرسي 5BZCAT و3HSP مع البلازارات وAGN المرصودة بأشعّة غاما في فهرس Fermi 4LAC-DR3 . تهدف هذه القائمة المرجعية إلى أن تكون نقطة انطلاق لفهرسٍ حي للبلازارات يُحدَّث دوريّاً مع البلازارات الجديدة وتلك التي سيجري اكتشافها عبر فيرمامِنتو، بما في ذلك من خلال مشاريع العلماء المواطنين في NYUAD.
ولتسهيل اكتشاف بلازارات جديدة من قِبَل مستخدمي فيرمامِنتو، خصوصاً العلماء المواطنين أو الطلاب، توفِّر الجداول الآتية قوائم لمصادر فلكية اختيرت بمعايير مختلفة لتلائم الخصائص الطيفية العريضة للبلازارات، ومن المتوقَّع أن تضمّ 10–20% من البلازارات الحقيقية.
فهرس الراديو الأساسي (RFC)20 تجميع لمصادر راديوية مدمجة رُصِدت بتقنية VLBI، ومكتمل إحصائياً فوق كثافة تدفّق تبلغ 150 ملي يانسكي (mJy) عند 8 غيغاهرتز. تتكوّن قائمة مرشّحي البلازار في فيرمامِنتو من جميع المصادر في العيّنة المكتملة من RFC التي: أ) تتطابق موضعياً مع أحد مصادر الأشعّة السينية في فهارس RASS أو Swift-XRT أو XMM أو Chandra؛ ب) تكون لديها نسبة التدفّق الراديوي إلى التدفّق بالأشعّة السينية ضمن النطاق المرصود في البلازارات؛ ج) غير مُدرجة في القائمة المرجعية للبلازارات.
مسح eFEDS هو مسح بالأشعّة السينية الناعمة (0.2–8 keV) يغطي 140 درجة مربّعة من السماء، أُجري خلال مرحلة التحقُّق من أداء قمر SRG/eROSITA . يضمّ فهرس المصادر المرصودة في هذه المنطقة 32,684 جسماً. تتكوّن قائمة مرشّحي البلازار من تلك المصادر التي تتطابق موضعياً مع مصدر راديو ذي طيف مسطَّح \(\alpha_{\rm r} > -0.7\) مُقدَّر باستخدام تدفّقات NVSS عند 1.4 غيغاهرتز وVLASS عند 3.0 غيغاهرتز.
يرصد مرصد Swift السماء بالأشعّة السينية منذ عام 2004. وأدّى تحليل حديث لأرشيف Swift-XRT إلى إنشاء فهرس يضمّ نحو 150,000 مصدر أشعّة سينية ناعمة (Zazza وآخرون 2023)، العديد منها غير مرتبط بأجسام فلكية معروفة. تتكوّن قائمة مرشّحي البلازار في فيرمامِنتو من تلك المصادر غير المعروفة التي تتطابق موضعياً مع مصدر راديو. ولزيادة احتمال اكتشاف بلازارات حقيقية، اختيرت المصادر ذات نسبة التدفّق بالأشعّة السينية (0.5–10 keV) إلى التدفّق الراديوي الأكبر من \(5\times 10^{-11}\,\mathrm{erg}\,\mathrm{cm}^{-2}\,\mathrm{s}^{-1}\,\mathrm{Jy}^{-1}\).
معظم نظراء/مقابِلات مصادر Fermi-LAT لأشعّة غاما خارج مستوى المجرّة هي بلازارات، لكن ما يزال جزء كبير منها غير مُعرَّف، ومن المرجّح أن يُعرَّف كثيرٌ منها كبلازارات مستقبلاً. تتكوّن قائمة مصادر Fermi-LAT غير المعروفة في فيرمامِنتو من جميع المصادر في فهرس 4FGL-DR4 الواقعة عند خطوط عرض مجرّية \(|b| > 10^{\circ}\)، ومن المتوقّع أن تضمّ العديد من البلازارات التي يمكن اكتشافها وتوصيفها من قِبَل مستخدمي فيرمامِنتو.
فتح رصد تدفّق نيوترينوات فلكية عالية الطاقة بواسطة مرصد IceCube في القطب الجنوبي 21 نافذة جديدة على الكون . وتشير عدّة دراسات إلى أنّ البلازارات مسؤولة على الأقل عن جزءٍ من تدفّق النيوترينوات المرصود . وخلال العقد الماضي، نشر فريق IceCube عدداً من مسارات النيوترينوات عالية الطاقة كتنبيهات عبر GCNs فور رصدها. هذه الأحداث مرشَّحة بقوّة لأن تكون من أصل فلكي ولها مناطق عدم يقين صغيرة نسبياً (حوالي 1–4 درجات)، لكنها ما تزال أكبر بكثير من مناطق تموضع مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي. ومؤخّراً، نشر فريق IceCube قائمة جديدة لمسارات النيوترينوات الفلكية المحتملة بين 2011 ونهاية 2020 . تضمّ قائمة فيرمامِنتو جميع المسارات الـ 274 من هذا الفهرس، بالإضافة إلى جميع المسارات المنشورة عبر GCN منذ 2021 حتى الآن، ليبلغ العدد أكثر من 330 حدثاً، مع تحديثٍ مستمر.
يمكن لمستخدمي فيرمامِنتو رفع قوائمهم الخاصّة من المصادر عبر ملف CSV بسيط يتضمّن اسم المصدر، والمطلع والميل (بالدرجات)، مع إمكان إضافة معلمات اختيارية مثل نصف قطر البحث ومعلمات منطقة عدم اليقين (بافتراض شكل بيضاوي). ويمكن أيضاً إضافة حقل تعليق. إذا اقتصر الملف على الحقول الأساسية (الاسم، المطلع، الميل)، يفترض النظام عدم وجود عدم يقين في الموقع ويولّد فقط SED استناداً إلى البيانات المتاحة.
يوفّر فيرمامِنتو أيضاً جداول وفهارس لمصادر فلكية معروفة من أنواع متنوِّعة، مثل فهارس مصادر الطاقة العالية (TeVCat، Fermi 4FGL-DR4، 2AGILE)، وجداول مختارة لمصادر متعدِّدة التردّدات غير مرتبطة بالبلازارات، مفيدة للأغراض العامّة والتعليمية في سياق الفيزياء الفلكيّة متعدِّدة الرُّسُل.
"الباحث المُواطِن" في جامعة نيويورك أبوظبي22 مبادرة للمشاركة العامّة في البحث العلمي، تهدف إلى تشجيع الجمهور في الإمارات وخارجها على المشاركة والمساهمة في البحث في العلوم والهندسة والعلوم الاجتماعية والفنون والإنسانيات. تُجسِّد هذه المبادرة روح "علم المواطن"، حيث تتجاوز مشاركة الجمهور جمع البيانات لتشمل التعليم والمساهمة والتعاون. وعلى خلاف الفهم التقليدي لعلم المواطن الذي يقتصر غالباً على جمع البيانات، تدمج مبادرة الباحث المُواطِن المشاركين في صميم العملية البحثية، بهدف تطوير مهارات البحث، والمشاركة في التحليل، والمساهمة الفاعلة في نتائج المشاريع البحثية عبر مختلف التخصّصات. والأهم أنّ المبادرة تُزيل الحاجز النفسي بأنّ البحث العلمي يقتصر على المحترفين وفي بيئات احترافية. استناداً إلى أفضل الممارسات في المشاركة العامّة بالبحث، صُمِّمت مشاريع الباحث المُواطِن في NYUAD لضمان مشاركة الجمهور بسهولة ووضوح، مع تجربة تعليمية مُثرية تتيح لهم إحداث فرق في أبحاث ذات أهمية محلية وعالمية. وتتجاوز مشاريع مثل فيرمامِنتو المشاركة التقليديّة بتوفير الأدوات والتدريب على مهام مثل التحقّق من المصادر الفلكية، واستثمار مساهمات الجمهور في سياق أبحاث متقدّمة تستخدم تقنيات مثل التعلُّم الآلي. تُسهم هذه المقاربة في ديمقراطية البحث العلمي، بما يتيح لأيّ مهتمّ المشاركة الفاعلة. ومن خلال هذه المبادرة، تجعل NYUAD علم المواطن تجربة تعليمية غامرة تُسرِّع نتائج البحث وتوسِّع أثر الدراسات الأكاديمية بالاستفادة من الجهد الجماعي وحكمة المجتمع.
في عام 2022، شارك أربعة طلاب من مدرسة "ليتشيه سينتيفيكو ستاتالي أوغو مورين" الثانوية في البندقية، إيطاليا، في برنامج علم المواطن ضمن إطار برنامج MIUR PCTO الإيطالي، الذي يهدف إلى إكساب الطلاب مهارات خارج المنهج التقليدي. ضمن هذا الاتّفاق، استثمر الطلاب قرابة 40 ساعة لكلٍّ منهم في برنامج مع قسم الفيزياء والفلك بجامعة بادوفا تحت إشراف باحثين. بدأ الطلاب العمل ببيانات Fermi-LAT . في فهرس 4FGL (DR3) هناك 6658 مصدراً، بينها عدّة مئات بلازارات. ومن بين جميع المصادر غير المرتبطة في هذا الفهرس، اختير 198 مصدراً بناءً على صلابة الطيف وابتعادها عن مستوى المجرّة. كان هدف الطلاب إيجاد نظائر/مقابِلات لهذه المصادر في أطوال موجية أخرى واقتراح تعريف لها.
كانت الخطوة الأولى التحقُّق من وجود نظائر لهذه المصادر في أطوال موجية أخرى باستخدام فيرمامِنتو عبر إدخال الإحداثيات ومعلمات منطقة عدم اليقين. في الخطوة الثانية، تحقّق الطلاب من كل ارتباط مرشّح على حدة بإدخال إحداثيات المرشّح مرّة أخرى في فيرمامِنتو وتقييم خريطة السماء في النطاق البصري حول اتجاه المرشّح. في الخطوة الثالثة، أنشأ الطلاب توزيع الطاقة الطيفية (SED). ونتيجةً لذلك، جرى العثور على 54 مرشّحاً جديداً للبلازار، وُصِّفت بذروة السنكروترون باستخدام كود BLAST وبالانزياح الأحمر حيثما توافَر . سُمّيت المرشّحات بالاختصار LLSUM نسبةً إلى اسم المدرسة. يوضّح الجدول التالي مقتطفاً من جدول المرشّحين:
معرّف Fermi-LAT |
RA | Dec | معرّف 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 ±0.5 |
| 4FGL J0026.1-0732 | 6.540 | -7.543 | LSSUM J002611.6-073115 | 6.54842 | -7.52097 | - | 16.9 ±0.4 |
| 4FGL J0045.8-1324 | 11.472 | -13.403 | LSSUM J004602.8-132422 | 11.51154 | -13.4060 | - | 15.6 ±0.6 |
| 4FGL J0055.7+4507 | 13.940 | 45.124 | LSSUM J005542.7+450701 | 13.92792 | 45.11706 | - | 15.8 ±0.5 |
| … | |||||||
| 4FGL J1628.2+4642 | 247.063 | 46.715 | LSSUM J162755+464249 | 246.98105 | 46.71342 | 0.2135 | 15.8 ±0.4 |
| 4FGL J1658.5+4315 | 254.646 | 43.254 | LSSUM J165831.5+431615 | 254.63126 | 43.27085 | 0.63 (Phot) | 16.0 ±0.5 |
| 4FGL J1706.4+6428 | 256.606 | 64.475 | LSSUM J170623.3+642725 | 256.59688 | 64.45706 | 0.27 (Phot) | 15.9 ±0.7 |
| 4FGL J1727.1+5955 | 261.776 | 59.926 | LSSUM J172640.4+595549 | 261.66833 | 59.93036 | featureless | 16.1 ±0.4 |
| … |
تجري حالياً إعادة تقييمٍ للأهداف عبر تخفيف معايير اختيار العيّنة غير المرتبطة من Fermi-LAT كجزء من مشروع متابعة. كما تُناقَش إمكانيّة تقديم مقترحات للرصد البصري (لتقدير الانزياح الأحمر) والرصد بالأشعّة السينية وأشعّة غاما للتحقُّق من ذروة كومبتون العكسية. وقد علّق الطلاب الأربعة المشاركون :
"لقد كانت تجربة PCTO هذه فرصة أساسية للنمو الشخصي؛ فقد أتاحَت لنا رؤية بيئة البحث عن قرب وفهم ما يعنيه العمل في الجامعة حقاً. بفضل هذه الفرصة، أصبحنا نعلم أنّنا نرغب في أن نصبح باحثين يوماً ما."
نُخطِّط لمبادرات متابعة، مثل تقديم مقترحات لرصد مصادر بلا انزياحٍ أحمر، واقتراح مشاريع مماثلة لطلاب آخرين في إيطاليا وNYUAD.
فيما يلي بعض الأمثلة على استخدامات فيرمامِنتو في أبحاث الفيزياء الفلكية والجسيمات المعاصرة.
يوفّر فيرمامِنتو بيانات متعدِّدة التردّدات لأجسام فلكية تُدخَل أسماؤها أو مواقعها من قِبَل المستخدمين (كما في معظم خدمات البيانات الفلكية)، أو تُدرَج في قوائم مُجمَّعة بطرق مختلفة، مثل الفهارس الراديوية، أو رصود الأشعّة السينية وأشعّة غاما، أو النيوترينوات عالية الطاقة، كما ذُكر أعلاه. يوضّح الشكل 3 جزءاً من واجهة فيرمامِنتو حيث يمكن للمستخدم إدخال اسم مصدر أو اختيار جسم من جدول مصادر eROSITA.
في هذا المثال نعرض توزيع الطاقة الطيفية (SED) لجسم BL Lacertae، وهو النموذج الأصلي لفئة البلازارات. رُصِد هذا الجسم بواسطة العديد من المراصد الأرضية والفضائية مرّات عديدة على مرّ السنين. يوضّح الشكل 4 SED الذي جرى توليده باستخدام فيرمامِنتو. تُلاحظ الكثافة الكبيرة للبيانات المتوافرة في معظم نطاقات الطاقة، خصوصاً في منطقة الأشعّة السينية حيث تظهر العديد من القياسات الطيفية من تحاليل منهجية لرصود Swift وNuSTAR . يمكن تنزيل جميع نقاط بيانات SED، بما في ذلك وقت الرصد والمراجع الببليوغرافية، بصيغ مختلفة بضغطة واحدة. ويمكن للمستخدمين انتقاء البيانات حسب الحاجة، مثل مُلاءَمة نموذج خلال حالة لمعانٍ معيّنة أو فترة زمنية محدّدة. مستقبلاً، ستوفّر فيرمامِنتو أدواتٍ للوصول إلى البيانات حسب فترات زمنية أو معايير أخرى.
نوضّح هنا كيف يمكن لـ فيرمامِنتو الإسهام في تحديد البلازارات ضمن مناطق عدم اليقين لمصادر Fermi-LAT. يوضّح الشكل 5 حالة المصدر 4FGL J1747.8-0316، أحد المصادر غير المُعرَّفة في جدول Fermi (أعلى اليسار)؛ وتظهر منطقة عدم اليقين الخاصّة به (أعلى اليمين). الرمز البرتقالي يشير إلى مرشّح بلازار اختاره VOU-Blazars بناءً على تطابق مصادر الأشعّة السينية والراديو. في الأسفل، يظهر SED للمرشّح (يسار) وخريطة مناطق عدم اليقين لمصادر الراديو والأشعّة السينية (دوائر حمراء وزرقاء) فوق صورة من مسح PanSTARRS.
تم الإبلاغ عن البلازار 3HSP J095507.1+355100 كمرشّح نظيرٍ للنيوترينو عالي الطاقة IceCube200107A . يوضّح الجانب الأيسر من الشكل 6 منطقة عدم اليقين بنسبة 90% لـ IceCube200107A (المنطقة الزرقاء الفاتحة)، والتي تضمّ عدّة مرشّحين للبلازار كما جرى توليدها بواسطة فيرمامِنتو عبر VOU-Blazars. غير أنّ واحداً فقط من هذه المصادر، وهو 3HSP J095507.1+355100، يُعدّ أيضاً مصدراً لأشعّة غاما (مثلّث بنفسجي مُجوَّف). يظهر SED الخاصّ به على الجانب الأيمن من الشكل. لمزيدٍ من التفاصيل حول هذا المثال وحول ربط النيوترينوات الفلكية من IceCube بالبلازارات عموماً، انظر .
يوفّر فيرمامِنتو عدّة قوائم لمصادر ذات مناطق عدم يقين قد تضمّ بلازارات. كمثال، نذكر هنا عيّنة من مصادر الأشعّة السينية التي تتطابق موضعياً مع مصادر راديوية، رُصِدت في مسح eROSITA Final Equatorial-Depth Survey ، وهو مجموعة بيانات تغطّي 140 درجة مربّعة من السماء. يوضّح الشكل 7 حالة رصد بلازار في بيانات eROSITA، حيث تظهر منطقة الخطأ لمصدر eFEDS J085920.5+004711 التي تضمّ البلازار 5BZBJ0859+0047، بالإضافة إلى SED المقابل. تظهر نقاط بيانات eROSITA بالأحمر بعد تحويلها إلى وحدات \(\nu f_{\nu}\). ستتوافَر عينات إضافية من مصادر eROSITA عند نشرها من قِبَل الفرق العلمية.
كما ذُكر في المقدّمة، توفّر العديد من الأرشيفات الرسمية منذ سنوات إمكانيّة الوصول إلى بيانات فلكية أنتجتها أقمار صناعية ومراصد أرضية مموَّلة من وكالات عالمية، تخدم المجتمع الفلكي الدولي. إلى جانب هذه الخدمات المؤسسية، هناك العديد من المواقع التي تقدّم بيانات وأدوات عامّة للمجتمع الفلكي بطرق متنوِّعة. صُمِّمَت فيرمامِنتو بفلسفة مختلفة، وتمتاز عن المنصّات الإلكترونية الأخرى لأسباب عدّة:
للتحقُّق العلمي من فيرمامِنتو وتقييم فاعليّتها، نقارن فيما يلي بعض المنتجات التي تولِّدها الأداة مع تلك المُنتَجة بواسطة منصّات إلكترونية أخرى أو المنشورة في الأدبيات العلمية.
يعرض الشكل 8 مقارنةً بين SED للبلازار BL Lacertae كما جرى توليده بواسطة فيرمامِنتو وتلك المُنتَجة بأدوات SED أخرى على الإنترنت. تظهر بيانات فيرمامِنتو كنقاط حمراء، وSSDC SED builder كدوائر زرقاء مفتوحة، وNED كمربّعات بنفسجية، وVizier كمعيَّنات برتقالية. هناك تطابق كبير بين جميع مجموعات البيانات في النطاق \(10^{8}\,\mathrm{Hz}\) إلى \(\sim 3\times 10^{14}\,\mathrm{Hz}\). وعند التردّدات الأعلى، تكون نقاط NED وVizier أقل من بيانات فيرمامِنتو وSSDC، لأنّ NED وVizier يقدِّمان القيم "كما رُصِدت" دون تصحيح لامتصاص مجرّتنا. ويجب تصحيح هذه القيم قبل مقارنتها بالنماذج النظرية. وفرة بيانات فيرمامِنتو في نطاق الأشعّة السينية تعود إلى دمج بياناتٍ طيفية من العديد من رصود Swift وNuSTAR التي جرى تحليلها ونشرها ضمن مبادرة الكون المفتوح . ويُظهر الشكل الفرعي (inset) في الشكل 8 SED مبكّراً لنفس البلازار كما عرضه في التسعينيات باستخدام بيانات من نظام معلومات الفضاء الأوروبي ، بما يبرز النمو الهائل في البيانات المتاحة حالياً.
ومن أبرز مزايا فيرمامِنتو قدرته على تسهيل تحديد البلازارات في مناطق عدم اليقين لمصادر الطاقة العالية. كمثالٍ معروف، يوضّح الشكل 9 منطقة عدم اليقين للنيوترينو الشهير IceCube170922 المرتبط بالبلازار TXS0506+056. ويمكن مقارنة هذا الشكل مباشرةً مع الشكل 2 في والشكل 1 في ، وهما الورقتان اللتان حدّدتا TXS0506+056 كأوّل مصدر نيوترينو.
حرصاً على توفير مرونة وسهولة استخدام لأوسع شريحة ممكنة من المستخدمين بمختلف المهارات والتفضيلات، بما في ذلك المشاركون في مشروع الباحث المُواطِن في NYUAD، صُمِّمت فيرمامِنتو لتكون أداة متوافقة مع الحواسيب والهواتف المحمولة على حدٍّ سواء.
ولتوضيح كيفية استخدام فيرمامِنتو على الهاتف الذكي، يوضّح الشكل 10 لقطةً لشاشة التطبيق عند طلب SED لبلازار معروف. على اليسار، بعد اختيار "الوصول إلى البيانات"، يكتب المستخدم اسم المصدر المطلوب (Mrk421) ثم ينقر زر "تشغيل". على اليمين، تظهر النتيجة مع رسم SED المُولَّد بواسطة VOU-Blazars، ونتيجة أداة BLAST، وخيارات متابعة مثل تنزيل بيانات SED بصيغ مختلفة.
قدّمنا فيرمامِنتو، أداة إلكترونية متوافقة مع الأجهزة المحمولة مُخصَّصة للبلازارات وللمصادر متعدِّدة التردّدات/الرُّسُل بوجهٍ عام. ونظراً لاعتماد العديد من مجالات الفيزياء الفلكية الحديثة على البيانات متعدِّدة التردّدات، فإنّ هذه الأداة لديها القدرة على أن تصبح خدمة قيِّمة تدعم طيفاً واسعاً من الموضوعات في علم الفلك المعاصر. صُمِّمت فيرمامِنتو لدعم كلٍّ من العلماء المحترفين والمواطنين، بهدف زيادة قوّة الاكتشاف في المجتمع العلمي وإتاحة فرصٍ جديدة لأشخاص ذوي مهارات مختلفة للمساهمة في التقدّم العلمي. سنستخدم فيرمامِنتو لدعم مشاريع الباحث المُواطِن ونأمل أن يُستَخدم هذا النظام على نطاقٍ واسع في المجتمع العلمي. يمكن الوصول إلى فيرمامِنتو من جميع الأجهزة، بما في ذلك الهواتف المحمولة، ما يوفّر وصولاً سهلاً إلى كمٍّ هائل من البيانات الجاهزة للبحث العلمي وأدواتٍ فعّالة للتعامل مع البيانات متعدِّدة التردّدات. كما توظِّف فيرمامِنتو خوارزميات متقدِّمة وأدوات تعلُّم آلي لمساعدة العلماء المحترفين بطريقة مبتكرة، وتزيد إتاحة البحث الفلكي لشريحة واسعة من الأفراد بمستويات خبرة مختلفة. ومن المتوقَّع أن يُصبح هذا النهج واسع الانتشار في السنوات القادمة مع دمج تقنيات الذكاء الاصطناعي في الخدمات العلمية الإلكترونية.
تماشياً مع هذه التوقّعات، ستتوسّع قدرات فيرمامِنتو مستقبلاً في عدّة اتجاهات، بدءاً من زيادة كمّ البيانات المتاحة عبر توفير واجهات لمواقع إلكترونية مماثلة مثل NED وZwicky Transient Facility (ZTF) 26 وVizier وغيرها. ومن ناحية تحليل البيانات، نخطّط لتقديم دعم أكبر لتحليل المجال الزمني، والذي يقتصر حالياً على معلمات التوقيت التي توفِّرها أداة W-Peak في النطاق تحت الأحمر. ولتوسيع إمكانيّات اكتشاف بلازارات جديدة، سنحدّد قوائم مرشّحي البلازار في مسوحات eROSITA الشاملة للسماء، والتي من المتوقَّع أن تضمّ عدّة آلاف من BL Lacs وFSRQs يمكن اكتشافها بواسطة مستخدمي فيرمامِنتو، مع مشاركة جيّدة من العلماء المواطنين والطلاب. كما نخطّط لدعم مصادر خارج المجرّة الهادئة راديوياً مثل AGN العادية والنجوم الباعثة للأشعّة السينية، ودمج فهارس المصادر المجرّية. لاحقاً، سنقدّم خوارزميات مناسبة لاكتشاف مصادر مجرّية جديدة بناءً على انبعاثها متعدِّد التردّدات. وأخيراً، لتعزيز المشاركة وزيادة قدرات التحليل وتحفيز القدرة على ابتكار وتنفيذ مشاريع علمية مستقلّة من قِبَل العلماء المواطنين وخدمة القطاع التعليمي بشكلٍ أفضل، سنربط فيرمامِنتو بأدوات الذكاء الاصطناعي، بدءاً من ChatGPT أو أدواتٍ مماثلة. ومن المؤكّد أنّ لهذه الأدوات إمكانيّات كبيرة لتعزيز خدمات فيرمامِنتو، بدءاً من تقديم النتائج بشكلٍ أكثر شمولاً. ونظراً لصعوبة التنبّؤ باتجاهات تطبيق هذه الأساليب، سنبدأ تدريجياً بتدريب هذه الأدوات على أوراقٍ علمية مرتبطة ببيانات فيرمامِنتو، ما سيمكّنها من مساعدة المستخدمين، ولا سيّما العلماء المواطنين، في الإجابة عن الأسئلة وفهم النماذج الفيزيائية المستخدمة في تفسير البيانات.
نتوجّه بالشكر للمُحكِّم المجهول على ملاحظاته القيّمة التي ساعدتنا في تحسين الورقة. كما نشكر فريق تكنولوجيا المعلومات في NYUAD على دعمهم في إعداد خادم فيرمامِنتو في NYUAD. ويعبّر باولو جيومي عن امتنانه لمركز الفيزياء الفلكية والجسيمات والكواكب (CAP3) لدعمه زيارته البحثية إلى جامعة نيويورك أبوظبي. ويشكر ناريك سهاكيان لجنة العلوم في جمهورية أرمينيا لدعمها في إطار المشروع البحثي رقم 23LCG-1C004. هذا العمل مدعوم من تمكين ضمن منحة معهد أبحاث NYU أبوظبي CASS.
https://www.go-fair.org/fair-principles↩︎
https://ivoa.net↩︎
https://www.eosc-portal.eu↩︎
https://www.rd-alliance.org↩︎
https://www.asterics2020.eu/↩︎
https://openuniverse.asi.it↩︎
http://zoo1.galaxyzoo.org/↩︎
https://setiathome.berkeley.edu/↩︎
e.g. https://icecube.wisc.edu↩︎
e.g. https://www.auger.org↩︎
e.g. https://www.ligo.caltech.edu↩︎
http://astri.me.oa-brera.inaf.it/en/↩︎
https://citizenresearcher.hosting.nyu.edu/↩︎