سیگنالی از پایان عصر تاریک کیهان

مجله ايلياد/ محققان گام مهمي در جهت کشف سيگنالي از دوره‌اي در تاريخ کيهان اوليه برداشتند. تقريباً دوازده ميليارد سال پيش، با درخشش اولين ستارگان و کهکشان‌ها، جهان از دل عصر تاريک کيهاني پديد آمد. محققان در مقاله‌ي خود، اولين تجزيه و تحليل داده‌هاي پيکربندي جديد «آرايه‌ي تلسکوپ راديويي مورچيسون وايدفيلد - MWA» که براي جستجوي سيگنال هيدروژنِ خنثي طراحي شده‌ است را ارائه دادند. گاز هيدروژن خنثي گازي است که در عصر تاريک کيهان بر جهان حاکم بود. تجزيه و تحليل محققان حد جديدي را براي قوي بودنِ سيگنال هيدروژن خنثي تعيين مي‌کند. «جاناتان پوبر» نويسنده‌ي اين مقاله و استاديار فيزيک دانشگاه براون، مي‌گويد: «مي‌توانيم با اطمينان بگوييم که اگر سيگنال هيدروژن خنثي قدرتمندتر از حدي که روي کاغذ تعيين کرديم باشد، آن وقت تلسکوپ آن را تشخيص مي‌داد. اين يافته‌ها مي‌تواند به ما کمک کند تا زمان‌ پايان عصر تاريک کيهان و ظهور اولين ستارگان را محدود کنيم.» اولين ستارگان و پايان عصر تاريک کيهان دوره‌ي شکل‌گيري اولين ستارگان که به دوران «يونيزاسيونِ مجدد – EoR» معروف است، عليرغم اهميتي که در تاريخ کيهاني دارد، اطلاعات کمي درمورد آن در دست است. اولين اتم‌هايي که بعد از بيگ‌بنگ شکل گرفتند، يون‌هاي هيدروژن با بار مثبت بودند؛ در واقع اتم‌هايي که الکترون‌هاي آن‌ها انرژي جهانِ تازه متولدشده را از بين برد. با سرد شدن و گسترش جهان، اتم‌هاي هيدروژن مجدداً با الکترون‌هاي خود ترکيب شدند تا هيدروژن خنثي تشکيل دهند و تا دوازده مليارد سال قبل که اتم‌ها به هم پيوستن را شروع کردند تا ستارگان و کهکشان‌ها را تشکيل بدهند، اين ترکيب شدنِ اتم‌هاي هيدروژن با الکترون‌هاي‌شان در جهان، ادامه داشت. نور موجود در آن اجرام، هيدروژن خنثي را دوباره يونيزه مي‌کرد و باعث مي‌شد تا حد زيادي از فضاي ميان‌ستاره‌اي ناپديد شود. هدف پروژه‌هايي مانند MWA يافتن سيگنال هيدروژن خنثي از دوران تاريک کيهان است و اينکه با آشکار شدنِ EoR چگونه آن سيگنال تغيير کرده است؟ به اين ترتيب، مي‌توان اطلاعات جديد و مهمي در مورد اولين ستارگان و عناصر اصلي و اساسي جهاني که امروزه مي‌بينيم، يافت. اما نگاهي گذار و آني به آن سيگنالِ دوازده ميليارد ساله کار دشواري است و به ابزارهايي با حساسيتِ بسيار بالا نياز است. MWA وقتي در سال ۲۰۱۳ شروع به فعاليت کرد، آرايه‌اي از ۲۰۴۸ آنتن راديويي مستقر در غرب استراليا بود. آنتن‌ها در ۱۲۸ قطعه‌، به هم بسته شده‌اند که ابرکامپيوتري به‌نام «Correlator» سيگنال‌هاي آن‌ها را با هم ترکيب مي‌کند. در سال ۲۰۱۶ محققان تعداد قطعه‌ها را به ۲۵۶ افزايش دادند و پيکربندي آن‌ها در آن چشم‌انداز را تغيير دادند تا حساسيت آن‌ها به سيگنال هيدروژن خنثي را افزايش دهند. اين مقاله‌ي جديد اولين تجزيه و تحليل داده‌هاي آن آرايه‌ي گسترده است. از بين بردن سيگنال‌هاي قوي‌تر هيدروژن خنثي تابشي با طول موج ۲۱ سانتي‌متر ساطع مي‌کند. با گسترش جهان در ۱۲ ميليارد سال گذشته، اکنون سيگنالِ EoR به تقريباً دو متر رسيده است و اين همان چيزي است که ستاره‌شناسانِ MWA به دنبال آن هستند. مسئله اين است که منابع بي‌شمار ديگري هم وجود دارد که در همين طول موج تابش ساطع مي‌کنند، منابع انساني مانند تلويزيون‌هاي ديجيتال و همچنين منابع طبيعي از درون کهکشان راه‌شيري و از ميليون‌ها کهکشان ديگر. پوبر مي‌گويد: «همه‌ي اين منابعِ اضافي، دسته‌هاي زيادي هستند که بزرگ‌تر و قوي‌تر از سيگنالي هستند که ما به دنبال کشف آن هستيم. حتي سيگنال راديوييِ اف‌ام که از هواپيما بازتاب مي‌شود و از بالاي تلسکوپ مي‌گذرد، براي آلوده کردنِ داده‌ها کافي است.» محققان براي رديابي اين سيگنال، از روش‌هاي پردازشي بي‌شماري استفاده کرده‌اند تا آن آلاينده‌ها را از بين ببرند. محققان در عين حال، پاسخ‌هاي فرکانس منحصربه‌فرد خود تلسکوپ را توضيح مي‌دهند. پوبر مي‌گويد: «اگر به طول‌موج‌ها يا فرکانس‌هاي راديويي مختلف نگاه کنيم، مي‌بينيم که تلسکوپ کمي متفاوت رفتار مي‌کند. اصلاح پاسخ تلسکوپ به‌منظور جداسازي آلاينده‌هاي اخترفيزيکي و سيگنال مورد نظر کاملاً مهم و حياتي است.» آن روش‌هاي تحليل داده به همراه ظرفيت گسترده‌ي خود تلسکوپ منجر به حد بالايي از قدرت سيگنالِ EoR شد. تا به امروز اين دومين تحليل متوالي با بهترين حد است که توسط MWA منتشر شده و اميد به اينکه اين آزمايش روزي سيگنالِ گريزانِ EoR را کشف خواهد کرد، افزايش مي‌دهد. پوبر مي‌گويد: «اين تحليل نشان مي‌دهد که فاز دوم ارتقاء، تاثيرات مطلوب زيادي داشته و روش‌هاي اين تحليل جديد باعث بهبود تجزيه و تحليل‌هاي آينده مي‌شود. اين واقعيت که در حال حاضر MWA دو تا از بهترين حدهاي سيگنال‌ها را منتشر کرده، به اين ايده انگيزه مي‌دهد که اين آزمايش و رويکرد آن، نويدهاي زيادي دارند.» اين مقاله در مجله‌ي Astrophysical منتشر خواهد شد.

به پيج اينستاگرامي «آخرين خبر» بپيونديد

instagram.com/akharinkhabar