رصد ستارهها از طریق ابرهای هیدروژنی
تیم تحریریه- ۱۵ مرداد ۱۴۰۱
گروهی از منجمان موفق به ساخت روشی شدهاند که به آنها اجازه میدهد از طریق مه جهان اولیه، نور اولین ستارهها و کهکشانها را تشخیص دهند. پژوهش مذکور، به سرپرستی متخصصین دانشگاه کمبریج، امکان مشاهده و مطالعه اولین ستارهها را بر اساس ابرهای هیدروژنی که 378,000 سال بعد از بیگبنگ (انفجار بزرگ) جهان را پر کردند، فراهم میآورد.
سالهاست که منجمان در تلاشاند، تولد اولین ستارهها و کهشکانها را رصد کنند، چون بدین طریق میتوانند توضیح دهند که جهان چطور بعد از خلأ بیگبنگ تکامل یافته و 8/13 سال بعد، به قلمروی پیچیده امروزی رسیده است.
تلسکوپ نسل جدید SKA که تا آخر دهه جاری تکمیل میشود، قادر خواهد بود تصاویر اولین نور موجود در جهان را ثبت کند. این در حالی است که تلسکوپهای کنونی، برای شناسایی سیگنالهای کیهانی ستارهها، باید از دل ابرهای هیدروژنی ضخیم عبور کنند.
سیگنال مدنظر منجمان حدود یکصد هزارم ضعیفتر از سایر سیگنالهای رادیویی است که از آسمان ساطع میشوند. استفاده از تلسکوپ رادیویی، خود باعث تحریف سیگنالهای دریافتی میشود و میتواند سیگنال کیهانی مدنظر را کاملاً از بین ببرد؛ این مشکل برجستهترین چالش کیهانشناسی رادیویی مدرن به شمار میرود. تحریفات ناشی از دستگاه را معمولاً مقصر اصلی موانعی میدانند که پیش روی این نوع رصد قرار دارند.
اثبات مشاهده سیگنالهای کیهانی و ورود علم نجوم به مرحله جدید
اکنون گروهی تحقیقاتی به سرپرستی دانشگاه کمبریج، روشی ارائه دادهاند که میتواند از ابرهای نخستین و سیگنالهای کیهانی دیگر عبور کند و بدین ترتیب، از اثر مخرب تلسکوپ رادیویی در امان باشد. روش پیشنهادی که بخشی از طرح REACH (آزمایش رادیویی تحلیل هیدروژن کیهانی) است، به منجمان اجازه میدهد قدیمیترین ستارهها را با تکیه بر تأثیری که روی ابرهای هیدروژنی داشتهاند، رصد کنند؛ برای درک بهتر این فرایند، تصور کنید که بر اساس سایههایی که در مه میبینید، سعی دارید منظره پیش رویتان را حدس بزنید.
روش پیشنهادی کیفیت و اعتبار مشاهداتی را که تلسکوپهای رادیویی از این دوره کلیدی، اما ناشناخته، انجام میدهند، بالا میبرد. اولین مشاهدات REACH تا اواخر سال جاری به دست خواهند آمد. یافتهها پژوهش مذکور در ژورنال Nature Astronomy منتشر شدهاند.
دکتر ایلوی دولرا اسیدو، از آزمایشگاه Cavendish دانشگاه کمبریج و نویسنده اول مقاله، توضیح میدهد: «وقتی ستارهها شکل گرفتند، جهان تقریباً خالی بوده و عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بود. به خاطر جاذبه، عناصر در نهایت به یکدیگر پیوستند و شرایط را برای ادغام هستهای آماده کردند؛ بدین ترتیب، اولین ستارهها به وجود آمدند؛ اما این ستارهها توسط ابرهای هیدروژنی خنثی احاطه شده بودند که نور را بهخوبی جذب میکنند. به همین خاطر، تشخیص و مشاهده نور پشت ابرها به صورت مستقیم کار بسیار دشواری است.»
در سال 2018، گروه پژوهشی دیگری که پروژه EDGES را پیش میبردند، یافتههایی حاکی از قابلیت تشخیص احتمالی این نورهای قدیمی منتشر کردند؛ اما از آنجایی که نتوانستند نتایج را تکرار کنند، به این نتیجه رسیدند که یافتههای قبلی حاصل تداخلات تلسکوپ بوده است.
دولرا اسیدو ادامه میدهد: «با توجه به دمای بسیار پایین گاز هیدروژن، تفسیر یافتههای اولیه به قوانین فیزیک جدید نیاز دارد. دلیل دیگر میتواند دمای بالاتر تابش پسزمینه (که معمولاً همان تابش پسزمینه کیهانی در نظر گرفته میشود) باشد. اگر بتوانیم ثابت کنیم که سیگنالهای کیهانی مشاهده شده واقعاً ناشی از ستارهها بودهاند، وارد مرحله جدیدی میشویم.»
اندازهگیری پدیدههای طلوع کیهانی
منجمان برای مطالعه این بازه زمانی، که اغلب با نام طلوع کیهانی شناخته میشود، خط 21 سانتیمتری را مورد مطالعه قرار میدهند؛ این خط نشانگر تابش الکترومغناطیسی هیدروژن در جهان قدیم است. متخصصان به دنبال سیگنال رادیویی هستند که تضاد بین تابش هیدروژن و تابش پشت ابرهای هیدروژنی را اندازه بگیرد.
روش پیشنهادی دولرا اسیدو و همکارانش از آمار بیزین استفاده میکند، تا علیرغم تداخلات تلسکوپ و نویزهای همیشگی، سیگنالهای کیهانی را شناسایی کند؛ به همین دلیل، از جدیدترین تکنیکها و فناوریهای علوم گوناگون استفاده کرده است.
پژوهشگران از شبیهسازیهای متعدد استفاده کردند، تا رصد واقعی با استفاده از چندین آنتن را تقلید کنند؛ در نتیجه، اعتبار دادهها ارتقاء مییابد. مشاهدات قبلی بر یک آنتن واحد تکیه داشتهاند.
دولرا اسیدو اضافه میکند: «روش پیشنهادی ما دادههای چندین آنتن را با گستره فرکانسی وسیعتر از ابزارهای مشابه، تحلیل میکند و بدین ترتیب، اطلاعات لازم برای روش بیزین را فراهم میآورد. ما راهبردهای طراحی قدیمی را کنار گذاشتیم و در عوض، بر طراحی تلسکوپی تمرکز کردیم که برای رویکرد تحلیلی مدنظر ما مناسبتر است؛ این فرایند را میتوان نوعی طراحی معکوس در نظر گرفت. با تکیه بر این روش میتوانیم پدیدههای مربوط به دوران طلوع کیهانی را اندازه بگیریم و حتی تا زمان بازیونسازی (یعنی زمانی که جهان دوباره یونی شد) نیز پیش برویم.»
در حال حاضر، ساخت تلسکوپ در منطقه رادیویی کارو در آفریقای جنوبی، به اتمام رسیده است؛ این منطقه از تداخلات رادیویی ناشی از انسانها، همچون سیگنالهای رادیویی و تلویزیونی، به دور است و به همین دلیل، برای رصد رادیویی آسمانی ایدهآل به نظر میرسد.
گروه REACH بیش از 30 پژوهشگر از حوزههای گوناگون، از جمله کیهانشناختی نظری و رصدی، طراحی آنتن، ابزارسازی فرکانس رادیویی، مدلسازی عددی، پردازش دیجیتال، کلانداده و آمار بیزین، در بر میگیرد. سرپرست دیگر پروژه REACH دانشگاه استلنباخ آفریقای جنوبی است.
دو ویلیرز، سرپرست دیگر پروژه از دانشگاه استلنباخ، میگوید: «با اینکه فناوری آنتنهای بهکاررفته در این پروژه ساده است، محیط دور از دسترس و تالرنس سختگیرانه ابزار، کار را به چالش میکشد.»
به لطف مطالعات CMB یا تابش پسزمینه کیهانی، بیگبنگ و سایر دورههای قدیمی جهان، عمدتاً شناختهشده هستند. روند تکامل ستارگان و سایر اشیای آسمانی نیز واضح است. با این حال، زمان شکلگیری اولین نور کیهان، همان قطعه گمشده پازل تاریخچه جهان است.
جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید
