المصفوفة الصغيرة جداً (VSA): دراسة إشعاع الخلفية الكونية

المصفوفة الصغيرة جداً (Very Small Array - VSA)

تُعد المصفوفة الصغيرة جداً (VSA) تلسكوباً راديوياً تداخلياً يتكون من 14 عنصراً، عمل في نطاق ترددات يتراوح بين 26 و36 جيجاهرتز. صُمم هذا التلسكوب خصيصاً لدراسة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB)، وهو الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم الذي يوفر معلومات حيوية عن نشأة الكون وتطوره.

التعاون والموقع

كان المشروع ثمرة تعاون علمي بين جامعة كامبريدج، وجامعة مانشستر، ومعهد الفيزياء الفلكية في جزر الكناري (تينيريفي). وقد تم وضع التلسكوب في مرصد تيد (Observatorio del Teide) في تينيريفي، بينما تم بناؤه في مرصد مولارد لعلم الفلك الراديوي من قبل مجموعة كافنديش للفيزياء الفلكية ومرصد جودريل بانك، بتمويل من مجلس أبحاث الفيزياء الفلكية والجسيمات (PPARC حالياً STFC). اعتمد تصميم VSA بشكل كبير على تلسكوب تباين الكون (Cosmic Anisotropy Telescope).

التصميم التقني والتشغيل

يتكون التلسكوب من 14 عنصراً توفر 91 خط أساس (baselines)، حيث يحتوي كل عنصر على هوائي عاكس بوقي يركز الإشارات الفيزيائية الفلكية في مستقبلات فردية. تستخدم هذه المستقبلات مضخمات HFET شبه شكلية تعمل في درجات حرارة منخفضة جداً (حوالي 12 كلفن) لتقليل الضوضاء الحرارية.

تكوينات المصفوفة

عمل التلسكوب بثلاث تكوينات مختلفة لتغيير دقة الرصد وحساسيته:

• التكوين المدمج (Compact): استخدم هوائيات بقطر 143 ملم، وبدقة 30 دقيقة قوسية، وهو مخصص لرصد الأنماط الكونية الواسعة.
• التكوين الممتد (Extended): استخدم هوائيات بقطر 322 ملم، وبدقة 12 دقيقة قوسية، وهو أكثر حساسية بخمس مرات من التكوين المدمج.
• التكوين الممتد جداً (Super-Extended): استخدم مرايا هوائيات بقطر 550 ملم، مما سمح بقياس أنماط أكثر دقة (multipoles تصل إلى 3000).

بالإضافة إلى المصفوفة الرئيسية، تضمن النظام تلسكوبين راديويين بقطر 3.7 متر يعملان عند تردد 30 جيجاهرتز، مخصصين لمراقبة المصادر الأمامية (foreground sources) وطرح تأثيرها من البيانات النهائية لضمان دقة القياسات.

النتائج العلمية والمساهمات

ركزت عمليات الرصد على مناطق من السماء تم اختيارها بعناية لتقليل التداخل من المصادر الراديوية الساطعة أو انبعاثات مجرتنا. ومن خلال قياس طيف القدرة الزاوي لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي مباشرة، ساهمت VSA في:

1. تحديد حدود دقيقة للمعاملات الكونية (Cosmological Parameters).
2. تحسين فهمنا لطيف القدرة للكون بين الأقطاب المتعددة 150 و1500.
3. توفير بيانات مكملة لتجارب أخرى مثل BOOMERanG وMAXIMA وDASI وCBI.

استمرت عمليات الرصد حتى نهاية أغسطس 2008، مما وفر قاعدة بيانات غنية ساعدت في رسم خريطة أدق للكون المبكر.