Status of BICEP Array and Integration of the 220/270 GHz Receiver

بدأ الكون كحساء هائل وساخن من الطاقة والمادة، وتوسع بسرعة في جزء من الثانية قبل أن يبرد ليصبح الكون الشاسع الذي نراه اليوم. هذا التوسع، المعروف باسم "التضخم"، ترك وراءه وهجاً خافتاً من الضوء يملأ الفضاء بأكمله، وهو بقايا تسمى "إشعاع الخلفية الكونية الميكروي". وبينما يكون هذا الضوء منتظماً في معظمه، فإنه يحمل تموجات طفيفة في درجة الحرارة واستقطاباً دقيقاً، أو محاذاة، لموجاته. ويعتقد العلماء أن اللحظات الأكثر عنفاً في الكون المبكر، وتحديداً التمدد السريع للمكان، كانت ستخلق نمطاً لولبياً فريداً في هذا الضوء، يُعرف باسم "أنماط B" (B-modes). إن اكتشاف هذه الأنماط المحددة هو أحد أهم أهداف علم الكونيات الحديث، لأنها ستؤكد نظرية التضخم وتكشف عن مقياس الطاقة التي وُلد عندها الكون. ومع ذلك، فإن العثور على هذه الإشارة يشبه محاولة سماع همس في وسط إعصار؛ فالكون مليء بمصادر أخرى للضوء المستقطب، مثل الغبار في مجرتنا، والتي يمكنها بسهولة أن تطغى على الإشارة الكونية الخافتة أو تحاكيها.

ولحل هذا اللغز، يعمل فريق من الباحثين على مشروع طموح يسمى "مصفوفة بيب (BICEP Array)"، ويقع في القطب الجنوبي. يوفر هذا الموقع رؤية صافية وجافة للسماء، وهو أمر ضروري لرصد أضعف الإشارات. يستخدم المشروع سلسلة من التلسكوبات المتخصصة، أو المستقبلات، التي تم ضبطها على ترددات مختلفة من الضوء. ومن خلال مراقبة السماء عند ترددات متعددة، يمكن للفريق التمييز بين الإشارة الكونية القديمة وضجيج المقدمة الناتج عن الغبار المجري. تفصل الورقة الحالة الراهنة لهذا التجربة، وتسلط الضوء على التقدم المحرز مع اكتمال مستقبليْن، وعلى العمل الحثيث الجاري لإنهاء مستقبل ثالث عالي التردد مصمم خصيصاً لرسم خرائط وتصفية تداخل الغبار.

لقد نشر الفريق بالفعل مستقبليْن يعملان بكامل طاقتهما. يعمل أحدهما عند ترددات منخفضة لتتبع "إشعاع السينكروترون"، وهو نوع من الضوء المنبعث من الإلكترونات عالية السرعة، بينما يعمل الآخر عند تردد قدره 150 جيجاهرتز، وهو ما يعتبر "النقطة المثالية" لمراقبة الخلفية الكونية نفسها. ويتم دمج البيانات من هذه الأدوات، التي جُمعت على مدار عدة سنوات، مع ملاحظات سابقة لإنشاء أكثر خريطة حساسة للسماء حتى الآن. وتظهر هذه الخرائط الأنماط المتوقعة للكون المبكر بوضوح متزايد. لقد أثبت الجهاز ذو التردد المنخفض فعاليته الكبيرة، حيث يوفر الآن قيوداً على مقدمة إشعاع السينكروترون أفضل مما قدمته المصادر الخارجية القديمة. وفي الوقت نفسه، فإن مستقبل الـ 150 جيجاهرتز، رغم امتلاكه عامين فقط من وقت الرصد، قد طابق بالفعل عمق البيانات التي جمعتها مصفوفة تلسكوبات أقدم بكثير استمرت لثمانية عشر عاماً، مما يظهر قفزة هائلة في كيفية رسم الفريق لخرائط السماء.

المهمة الأكثر إلحاحاً للفريق هي إكمال المستقبل الثالث، الذي تم ضبطه على ترددات أعلى بكثير وهي 220 و270 جيجاهرتز. هذه الأداة هي المفتاح لتنظيف الخرائط الكونية من الغبار المجري، الذي يشكل حالياً جزءاً كبيراً من عدم اليقين في قياساتهم. تم نشر المستقبل في عام 2024 وهو مكتمل جزئياً، حيث تم تركيب سبعة من أصل اثني عشر نموذج كاشفاً. ويخطط الفريق لتثبيت النماذج الخمسة المتبقية قبل موسم الرصد لعام 2027، وهو هدف أصبح الآن أولويتهم القصوى. وبدون بيانات التردد العالي هذه، لن يتمكنوا من فصل الغبار تماماً عن الإشارة الكونية، وهو أمر ضروري للوصول إلى هدف الحساسية الأقصى لديهم.

خلال موسم الصيف 2025-26، أجرى الفريق اختبارات أولية على المستقبل المكتمل جزئياً لمعرفة مدى أدائه. قاموا بقياس مدى كفاءة الكواشف في التقاط الضوء، والتحقق من الترددات التي تم ضبطها عليها، ورسم شكل رؤية التلسكوب. كانت النتائج لنماذج الـ 220 جيجاهرتز مرضية بشكل عام، حيث كان أداء معظم الكواشف أعلى من عتبة كفاءة تبلغ عشرين بالمائة. كما أكد الفريق أن الكواشف كانت مضبوطة على الترددات الصحيحة وأن شكل رؤيتها طابق التوقعات النظرية. ومع ذلك، أظهر النموذج الوحيد الذي يعمل عند تردد 270 جيجاهرتز كفاءة أقل من المرغوب فيها. يشتبه الفريق في أن هذا يعود إلى مشكلة في محاذاة التصنيع، والتي تم تصحيحها في التصاميم الأحدث. ويخططون لاستبدال هذا النموذج ضعيف الأداء بمجرد ملء بقية المستقبل، ويتوقعون أن تعمل المكونات الجديدة بشكل أفضل بكثير.

الهدف النهائي لمصفوفة "بيب" هو الوصول إلى مستوى من الدقة يسمح لهم بقياس "نسبة التنسور إلى السكالر" (tensor-to-scalar ratio)، وهو رقم يصف قوة إشارة التضخم، مع نسبة عدم يقين تبلغ حوالي 0.001. تشير التوقعات الحالية إلى أنه إذا نجح الفريق في إكمال مستقبل التردد العالي ودمج بياناته مع الأدوات الموجودة، فسيحققون هذا الهدف بحلول عام 2034. يفترض هذا الجدول الزمني قدرتهم على إزالة تلوث الغبار بفعالية باستخدام الخرائط الجديدة، وإمكانية حساب الطرق الدقيقة التي يتصرف بها الغبار عبر الترددات المختلفة. إن التقدم الوارد في هذه الورقة يؤكد أن الأجهزة تعمل كما هو مخطط لها، وأن الطريق أمامهم واضح، مما يقرب المجتمع العلمي خطوة أخرى من فهم اللحظات الأولى لكوننا.