อธิบาย: ปศ.ป. จะมองเข้าไปในบริเวณที่ไม่รู้จักบนท้องฟ้าได้อย่างไร

การพัฒนาเครื่องมือสำคัญซึ่งจะใช้ในการสำรวจท้องฟ้าที่กำลังจะเกิดขึ้นเพื่อศึกษาดาวฤกษ์ นำโดยนักดาราศาสตร์ชาวอินเดีย PASIPHAE คืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ?

โพลาริมิเตอร์ถูกสร้างขึ้นที่โรงงานเครื่องมือวัดที่ IUCAA เมืองปูเน่ (ภาพโดย IUCAA)

ความลึกลับที่อยู่รอบ ๆ จุดกำเนิดของจักรวาลยังคงดึงดูดความสนใจของมนุษย์ต่อไป การพัฒนาเครื่องมือสำคัญซึ่งจะใช้ในการสำรวจท้องฟ้าที่กำลังจะเกิดขึ้นเพื่อศึกษาดาวฤกษ์ นำโดยนักดาราศาสตร์ชาวอินเดีย โครงการนี้ได้รับทุนจากสถาบันชั้นนำของโลก ซึ่งแสดงถึงความเชี่ยวชาญที่เพิ่มขึ้นของอินเดียในการสร้างเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่ซับซ้อน

PASIPHAE คืออะไร?

Polar-Areas Stellar-Imaging in Polarization High-Accuracy Experiment (PASIPHAE) เป็นโครงการสำรวจท้องฟ้าความร่วมมือระดับนานาชาติ นักวิทยาศาสตร์ตั้งเป้าที่จะศึกษาการโพลาไรซ์ในแสงที่มาจากดวงดาวนับล้าน

ชื่อนี้ได้แรงบันดาลใจจาก Pasiphae ลูกสาวของ Greek Sun God Helios ซึ่งแต่งงานกับ King Minos

การสำรวจจะใช้โพลาริมิเตอร์แบบออปติคัลไฮเทคสองตัวเพื่อสำรวจท้องฟ้าเหนือและใต้พร้อมกัน

โดยจะเน้นไปที่การถ่ายภาพโพลาไรซ์ของแสงดาวของดาวที่จางมากซึ่งอยู่ไกลจนไม่มีการศึกษาสัญญาณโพลาไรซ์จากที่นั่นอย่างเป็นระบบ ระยะทางไปยังดาวเหล่านี้ได้มาจากการวัดของดาวเทียม GAIA

ด้วยการรวมข้อมูลเหล่านี้ นักดาราศาสตร์จะทำแผนที่เอกซ์เรย์สนามแม่เหล็กครั้งแรกของตัวกลางระหว่างดาวในพื้นที่ขนาดใหญ่มากของท้องฟ้าโดยใช้เครื่องมือวัดโพลาไรม์แบบใหม่ที่เรียกว่า WALOP (Wide Area Linear Optical Polarimeter)

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยครีต กรีซ คาลเทค สหรัฐอเมริกา ศูนย์ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ระหว่างมหาวิทยาลัย (IUCAA) อินเดีย หอดูดาวดาราศาสตร์แอฟริกาใต้ และมหาวิทยาลัยออสโล ประเทศนอร์เวย์ มีส่วนร่วมในโครงการนี้ นำโดยสถาบัน ของดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กรีซ

มูลนิธิอินโฟซิสในอินเดีย มูลนิธิ Stavros Niarchos ประเทศกรีซ และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกา ต่างมอบเงินช่วยเหลือจำนวน 1 ล้านดอลลาร์ รวมกับเงินบริจาคจาก European Research Council และ National Research Foundation ในแอฟริกาใต้

ทำไม PASIPHAE ถึงมีความสำคัญ?

นับตั้งแต่กำเนิดขึ้นเมื่อประมาณ 14 พันล้านปีก่อน จักรวาลได้ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง โดยเห็นได้จากการมีอยู่ของรังสีคอสมิกไมโครเวฟพื้นหลัง (CMB) ที่ปกคลุมจักรวาล

ทันทีหลังจากที่มันกำเนิดขึ้น เอกภพได้ผ่านช่วงอัตราเงินเฟ้อสั้น ๆ ในระหว่างที่มันขยายตัวในอัตราที่สูงมาก ก่อนที่มันจะช้าลงและถึงอัตราปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ มีเพียงทฤษฎีและหลักฐานทางอ้อมของอัตราเงินเฟ้อที่เกี่ยวข้องกับเอกภพยุคแรกเท่านั้น

ผลที่ตามมาที่ชัดเจนของระยะการพองตัวก็คือการแผ่รังสี CMB เพียงเล็กน้อยควรมีรอยประทับในรูปแบบของโพลาไรเซชันเฉพาะ (ที่รู้จักกันในทางวิทยาศาสตร์ว่าสัญญาณโหมด B)

ความพยายามในการตรวจจับสัญญาณนี้ก่อนหน้านี้ทั้งหมดล้มเหลวเนื่องจากความยากลำบากที่เกิดจากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ซึ่งปล่อยรังสีโพลาไรซ์ออกมาเป็นจำนวนมาก

นอกจากนี้ยังมีเมฆฝุ่นจำนวนมากที่มีลักษณะเป็นกระจุก เมื่อแสงดาวผ่านเมฆฝุ่นเหล่านี้ พวกมันจะกระจัดกระจายและโพลาไรซ์

เปรียบเสมือนการพยายามมองดูดาวเลือนลางบนท้องฟ้าในเวลากลางวัน S Maharana นักศึกษาระดับปริญญาเอกของ IUCAA ซึ่งมีส่วนร่วมในโครงการนี้ กล่าวว่า การแผ่รังสีของกาแลคซีนั้นสว่างมากจนสัญญาณโพลาไรซ์ของรังสี CMB หายไป

การสำรวจของ PASIPHAE จะวัดการโพลาไรซ์ของแสงดาวเหนือพื้นที่ขนาดใหญ่ของท้องฟ้า ข้อมูลนี้พร้อมกับระยะทางของ GAIA ไปยังดวงดาวจะช่วยสร้างแบบจำลอง 3 มิติของการกระจายฝุ่นและโครงสร้างสนามแม่เหล็กของดาราจักร ข้อมูลดังกล่าวสามารถช่วยขจัดแสงโพลาไรซ์ที่ขั้วของกาแลคซีและทำให้นักดาราศาสตร์สามารถค้นหาสัญญาณโหมด B ที่เข้าใจยากได้

WALOP คืออะไร?

Wide Area Linear Optical Polarimeter (WALOP) เป็นเครื่องมือเมื่อติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์แบบออปติคอลขนาดเล็กสองตัว ซึ่งจะใช้ในการตรวจจับสัญญาณแสงโพลาไรซ์ที่โผล่ออกมาจากดาวฤกษ์ตามละติจูดสูงของกาแลคซี

แต่ละ WALOP จะติดตั้งอยู่บนหอดูดาว Skinakas 1.3 เมตรในเกาะครีต และบนกล้องโทรทรรศน์ 1 เมตรของหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แอฟริกาใต้ที่ตั้งอยู่ในซัทเทอร์แลนด์

เมื่อสร้างแล้ว พวกเขาจะเป็นเครื่องมือพิเศษที่ให้มุมมองที่กว้างที่สุดของท้องฟ้าในแบบโพลาริเมทรี A N Ramaprakash นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ IUCAA และเพื่อนที่ IA, Crete กล่าวว่าจะสามารถจับภาพได้ภายในพื้นที่ ½ ° x ½ °ของท้องฟ้า

พูดง่ายๆ ก็คือ รูปภาพจะมีรายละเอียดที่ดีที่สุดของดาวพร้อมกับพื้นหลังแบบพาโนรามา

WALOP จะดำเนินการบนหลักการที่ว่าในช่วงเวลาใดก็ตาม ข้อมูลจากส่วนหนึ่งของท้องฟ้าภายใต้การสังเกตการณ์จะถูกแบ่งออกเป็นสี่ช่องทางที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับลักษณะที่แสงส่องผ่านช่องสัญญาณทั้งสี่ช่อง ค่าโพลาไรซ์จากดาวจะได้รับ กล่าวคือ ดาวแต่ละดวงจะมีภาพสี่ภาพที่สอดคล้องกัน ซึ่งเมื่อนำมาต่อเข้าด้วยกันจะช่วยคำนวณค่าโพลาไรซ์ที่ต้องการของดาว

เนื่องจากการสำรวจจะเน้นบริเวณท้องฟ้าที่มีค่าโพลาไรซ์ต่ำมาก (<0.5 per cent) are expected to emerge, a polarimeter with high sensitivity and accuracy clubbed with a large field of view was needed, so WALOP was planned sometime in 2013.

นี่เป็นหลังจากความสำเร็จของการสำรวจการทดลอง RoboPol ในช่วงปี 2555-2560 ซึ่งมีผู้ทำงานร่วมกัน PASIPHAE บางส่วนเข้ามาเกี่ยวข้อง ตั้งแต่นั้นมา การออกแบบ การประดิษฐ์ และการประกอบ นำโดย Ramaprakash ก็กำลังดำเนินการอยู่

WALOP และ RoboPol รุ่นก่อนแบ่งปันหลักการการวัดแสงแบบช็อตเดียว แต่ WALOP ที่มีน้ำหนัก 200 กก. จะสามารถสังเกตดาวหลายร้อยดวงที่ปรากฎพร้อมกันทั้งในท้องฟ้าเหนือและใต้ เมื่อเทียบกับ RoboPol ซึ่งมีขอบเขตการมองเห็นที่เล็กกว่ามากบนท้องฟ้า

การพัฒนาเครื่องมืออยู่ในขั้นตอนขั้นสูงในขณะนี้ และกำลังดำเนินการที่ศูนย์เครื่องมือวัดใน IUCAA

ทำไม WALOP จะถูกปรับใช้บนกล้องโทรทรรศน์ออปติคอลขนาด 1 เมตร

ข้อจำกัดที่สำคัญในขณะที่ใช้กล้องโทรทรรศน์แบบออพติคอลขนาดใหญ่คือมันครอบคลุมพื้นที่ที่ค่อนข้างเล็กของท้องฟ้า ซึ่งเอาชนะจุดประสงค์โดยรวมของ PASIPHAE

ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์ระดับ 1 เมตรช่วยให้มองเห็นท้องฟ้าได้กว้างขึ้น รวมกับรายละเอียดของดวงดาวที่อยู่ห่างไกล

เนื่องจากการสำรวจท้องฟ้าจะดำเนินต่อไปเป็นเวลาสี่ปี จึงเป็นความท้าทายที่จะอุทิศเวลาการสังเกตการณ์ขนาดใหญ่ของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ใดๆ เพื่อศึกษาโพลาไรเซชันของดาวเพียงอย่างเดียว

ดังนั้น เวลาการสังเกตสูงสุดที่เสนอโดยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กจะถูกเบี่ยงเบนไปสำหรับการสำรวจท้องฟ้า PASIPHAE โดยใช้ WALOP กล่าวเสริม Ramaprakash ซึ่งเป็นคณะผู้เยี่ยมชมที่ Caltech ด้วย

ความพยายามที่จะกดเข้าไปในกล้องโทรทรรศน์ขนาด 1 เมตรยังแสดงให้เห็นว่าวิทยาศาสตร์ที่ก้าวหน้าและการทดลองที่ท้าทายสามารถทำได้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็ก แม้แต่ในยุคของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่และขนาดใหญ่มาก

แบ่งปันกับเพื่อนของคุณ: