لفهم بعض من أكثر الانفجارات عنفًا في الكون، يجب تعلم الاستماع إلى عدة إشارات في آن واحد. اختارت ناسا شركة SpaceX لإطلاق StarBurst، وهو قمر صناعي صغير مصمم لرصد الومضة الأولية من أشعة غاما الناتجة عن اندماج النجوم النيوترونية. من المقرر أن يتم الإطلاق في أقرب وقت في عام 2028، على متن مهمة مشتركة Bandwagon مدفوعة بصاروخ Falcon 9 من كيب كانافيرال، فلوريدا.
خلف هذا العقد للإطلاق يوجد مشروع علمي أوسع: جعل المراصد الفضائية، وكاشفات الموجات الجاذبية على الأرض، والتلسكوبات التي تتابع الحدث بعد ذلك في أطوال موجية مختلفة تعمل معًا. تُعرف هذه الطريقة، التي تُسمى علم الفلك متعدد الرسائل، بأنها لا تكتفي بمراقبة السماء. بل تجمع معلومات من طبيعة مختلفة لإعادة بناء ظاهرة كونية لا يدركها كل جهاز، عند أخذه بشكل منفصل، إلا جزئيًا.
إنذار ضوئي لحدث غير مرئي
النجم النيوتروني هو القلب الكثيف للغاية الذي تتركه بعض النجوم بعد انفجارها. عندما يدور اثنان من هذه الأجسام حول بعضهما البعض، يفقدان الطاقة، ويقتربان ثم يندمجان. تؤدي الاصطدامات إلى تشويه الزمكان على شكل موجات جاذبية. كما يمكن أن تنتج أيضًا ومضة غاما قصيرة، وهي شعاع من الطاقة لا يدوم أحيانًا سوى بضع ثوانٍ، بالإضافة إلى كيلونوفا يمكن رصدها في نطاقات ضوئية أخرى.
تكمن المشكلة في كونها مسألة سرعة وحساسية. يجب على الباحثين أن يعرفوا بسرعة إلى أين ينظرون من أجل تحريك أجهزة أخرى قبل أن تضعف التوقيعات الضوئية. تم تصميم StarBurst لرصد كل جزء من السماء الذي لا تحجبه الأرض وللكشف عن انبعاث غاما الفوري. يمكن بعد ذلك مقارنة بياناته مع التنبيهات الناتجة عن شبكات الموجات الجاذبية.
تندرج المهمة ضمن إرث GW170817، الذي تم رصده في أغسطس 2017. كان هذا الحدث أول اندماج للنجوم النيوترونية يتم اكتشافه من خلال موجاته الجاذبية وإشعاعه الكهرومغناطيسي. لقد أظهر قوة القراءة المنسقة للسماء وقدم أدلة رئيسية حول تشكيل العناصر الثقيلة. لكن حالة واحدة شائعة لا تكفي لتحويل الفرضيات إلى مجموعة إحصائية.
اثنا عشر كاشفًا في قمر صناعي صغير
وفقًا للعرض الفني لناسا، يعتمد جهاز StarBurst على اثني عشر كاشفًا لامعًا من يوديد السيزيوم المخدر بالثاليوم. وهي مصممة لتسجيل أشعة غاما ذات طاقة تتراوح بين 30 و 1,000 كيلو إلكترون فولت. عندما يصطدم فوتون غاما بالمادة، فإنها تصدر ضوءًا، يتم تحويله بعد ذلك إلى إشارة كهربائية وتحليله لتقدير الطاقة المستلمة.
تسمح ترتيب الكواشف بالاستفادة من اختلافات الشدة بين عدة اتجاهات للمساعدة في تحديد موقع المصدر. يجب أن توفر ساعة متزامنة عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وقت وصول دقيق لكل شعاع غاما. تؤكد ناسا أن المساحة الفعالة لـ StarBurst ستكون أكثر من خمس مرات أكبر من تلك الخاصة بمراقب انفجارات أشعة غاما من فيرمي، مع تغطية السماء غير المحجوبة بالكامل.
تعتبر هذه الأداءات طموحة بالنسبة لـ SmallSat. إنها توضح تغييرًا مهمًا في اقتصاد العلوم الفضائية: بعض الأسئلة التي كانت مرتبطة سابقًا بمنصات كبيرة يمكن الآن معالجتها من خلال مهام أكثر استهدافًا، أخف وزنًا وأقل تكلفة. ينتمي StarBurst إلى برنامج رواد علم الفلك التابع لناسا، الذي يدعم بالضبط هذا النوع من التحقيقات ذات الميزانية المحدودة على مركبات صغيرة أو منصات أخرى.
مشاركة الإطلاق كخيار استراتيجي
سيسافر StarBurst كحمولة ثانوية في مهمة Bandwagon. يقلل هذا النموذج من مشاركة الفضاء من تكلفة الوصول إلى المدار، ولكنه يفرض أيضًا التعامل مع الجدول الزمني، والمدار، والقيود الخاصة بمهمة تحمل عدة عملاء. بالنسبة لناسا، يتخذ العقد شكل طلب بسعر ثابت ضمن نظام VADR، وهو إطار لشراء خدمات الإطلاق من فئة Venture تصل قيمته القصوى المجمعة إلى مليار دولار على مدى عشر سنوات.
لذا فإن اختيار SpaceX ليس مجرد تفصيل لوجستي. إنه يظهر كيف أن الانخفاض النسبي في تكلفة الإطلاقات المشتركة يعيد تشكيل الأولويات العلمية. يمكن لوكالة ما أن تضاعف المراصد المتخصصة بدلاً من الانتظار حتى يركز برنامج ثقيل واحد جميع الأهداف. ومع ذلك، فإن هذه المرونة تأتي مع ثمن: تمتلك المهمة الصغيرة قدرًا أقل من التكرار، ومدة اسمية أقصر، وهامش عملي غالبًا ما يكون أضيق.
تحويل الومضات النادرة إلى علم قابل للتكرار
تتجاوز الأهداف العلمية لـ StarBurst مجرد الكشف. ترغب الفريق في تحديد الأنظمة التي تقف وراء الومضات الغامضة القصيرة بشكل أفضل، ودراسة الأجسام المتبقية بعد الاندماج، وتقييد معادلة حالة المادة فائقة الكثافة، وفحص هيكل الأشعة النسبية الناتجة أثناء الاصطدام. بعبارة أخرى، يتعلق الأمر بفهم كل من ما يدخل في الحدث، وما يخرج منه والقوانين الفيزيائية التي تعمل بين الاثنين.
سيعتمد الإمكانات على التنسيق. توفر إشارة غاما بدون ملاحظة جاذبية مرتبطة معلومات؛ بينما توفر إشارة جاذبية بدون نظير ضوئي معلومات أخرى. عندما يتم ربطها في الوقت المناسب ومتابعتها بواسطة التلسكوبات، يصبح الحدث قصة فيزيائية أكثر اكتمالًا. لن يحل StarBurst محل فيرمي أو المراصد الأرضية الكبرى. يجب أن يصبح حلقة تفاعلية في سلسلة عالمية من التنبيهات.
يذكر الجدول الزمني أخيرًا بالحذر اللازم. كانت الصفحة العلمية للمهمة تشير سابقًا إلى إطلاق مبكر، بينما يحدد العقد الجديد الآن موعدًا للانطلاق في أقرب وقت في عام 2028. تتطور المهام الفضائية وفقًا لاختبارات، وميزانيات، وإمكانيات الإطلاق. لذا فإن النجاح الحقيقي لـ StarBurst لن يكون مجرد إطلاق قمر صناعي صغير، بل قدرته على تحويل الومضات العابرة إلى مواعيد علمية متكررة.
