دانشمندان در حال بررسی لحظۀ دقیق پیدایش کیهان

MacTavish · 7/1/20

بیگ بنگ: تیمی از دانشمندان با استفاده از «تلسکوپ رادیویی آرایه میدان وسیع مرکیسون (MWA)» در تلاش‌ هستند تا سیگنالی از نخستین ستاره‌های جهان را پیدا کنند. این ستارگان ِ اولیه پس از دوران تاریک ِ کیهان پدید آمده‌اند.

به گزارش بیگ بنگ، محققان برای یافتن اولین نور در جستجوی سیگنالی از هیدروژن خنثی هستند؛ گازی که پس از دوران تاریک در جهان حاکم شد. مدت زمانی طول کشید تا نخستین ستاره به وجود بیایند. پس از بیگ بنگ، جهان به شدت داغ بود؛ آنقدر داغ که شرایط برای ایجاد اتم‌ها مهیا نبود. بدون اتم‌ها، هیچ ستاره‌ای نمی‌توانست به وجود بیاید.

تقریبا ۳۷۷ هزار سال پس از بیگ بنگ بود که جهان با انبساط، به قدر کافی سرد شد تا زمینه برای شکل‌گیری اتم‌ها فراهم شود؛ که عمدتا هیدروژن خنثی با مقدار کمی هلیوم بود. پس از آن، اولین ستاره‌ها شروع به پیدایش کردند که در دوران «باز یونش» بود. تلسکوپ MWA برای یافتن سیگنال گریزان هیدروژن خنثی، مورد استفاده قرار گرفت. این تلسکوپ در غرب استرالیا قرار دارد و زمانیکه در سال ۲۰۱۳ آغاز به کار کرد، ۲۰۴۸ آنتن رادیویی داشت. همۀ داده‌های بدست آمده از گیرنده‌های این تلسکوپ وارد ابررایانه‌ای به نام Correlator می‌شود.

مقالۀ جدیدی که قرار است بزودی در مجله Astrophysical منتشر شود، نتایج ِ حاصل از اولین تجزیه و تحلیل داده‌های این تلسکوپ را نشان می‌دهد. نویسنده اصلی این مقاله «ونیانگ لی» دانشجوی دوره دکتری در دانشگاه براون می‌باشد. هدف از این تحقیق، درک ِ قدرت سیگنال هیدروژن خنثی است. در فرایند تحلیل، پایین‌ترین محدودیت برای آن سیگنال منظور شد؛ نتیجه‌ای کلیدی در جستجوی این سیگنال ضعیف.

«جاناتان پوبر» استادیار فیزیک در دانشگاه براون و نویسنده مسئول این مقاله گفت: «ما با اطمینان می‌توانیم بگوییم که اگر سیگنال هیدروژن خنثی قدرتمندتر از محدودیتی بود که در مقاله لحاظ کردیم، در این صورت تلسکوپ آن را کشف می‌کرد. یافته‌ها می‌تواند کمک کند تا زمان پایان دورۀ تاریک کیهانی و پیدایش نخستین ستاره‌ها را درک کنیم.»

علی‌رغمِ آنچه بازۀ زمانی جامعی از رویدادها در جهان اولیه به نظر می‌رسد، خلاءهای قابل توجهی در درک ما وجود دارد که باید مرتفع شود. می‌دانیم که پس از دوره تاریک، دوره “باز یونش” آغاز شد. این همان زمانی است که ایجاد اتم‌ها باعث پیدایش نخستین ساختارها در جهان شد؛ مثل ستاره‌ها، کهکشان‌های کوتوله و اختروش‌ها. به محض ایجاد این اجرام سماوی، نورشان در جهان پراکنده شد و زمینه برای “باز یونش” هیدروژن خنثی فراهم آمد. پس از آن، هیدروژن ِ خنثی از فضای میان ستاره‌ای ناپدید شد.

دانشمندان می‌خواهند بدانند که وقتی “دوره تاریک” جای خود را به دوره “باز یونش” داد، هیدروژن خنثی چگونه تغییر پیدا کرد. اولین ستاره‌هایی که در کیهان به وجود آمدند، اجزای اصلی ساختارهایی بودند که امروزه می‌بینیم. دانشمندان برای درک ِ آنها باید سیگنال مربوط به هیدروژن خنثای اولیه را پیدا کنند. اما این کار به این سادگی‌ها نیست. “سیگنال” کم فروغ و ضعیف است و باید آشکارساهای بسیار حساسی برای پیدا کردن آن مورد استفاده قرار گیرند.

اگرچه هیدروژن خنثی در ابتدا تابش خود را با طول موج ۲۱ سانتی‌متری منتشر می‌کرد، اما سیگنال ِ آن به دلیل انبساط کیهان کشیده شده است. یعنی اکنون تقریبا دو متر است. این سیگنال دو متری در میان طیف ِ وسیعی از سایر سیگنال‌های شبیه آن گم شده است؛ سیگنال‌های طبیعی و سیگنال‌های مصنوعی (ساخته شده به دست انسان). به همین دلیل است که تلسکوپ در منطقه‌ای دوردست در استرالیا واقع شده و کمترین نویزهای ممکن برای آن ایجاد می‌شود.

پوبر گفت: «تمامی این منابعِ دیگر چند برابر بزرگتر از سیگنالی هستند که ما در تلاشیم آن را شناسایی کنیم. حتی سیگنال رادیویی FM که از سوی هواپیما منتشر می‌شود و از بالای تلسکوپ گذر می‌کند، کافی است تا در داده‌ها اخلال ایجاد کند. اینجاست که قدرت پردازش ابررایانه Correlator به کار می‌آید. این ابررایانه قابلیت ِ تفکیک سیگنال‌های آلاینده را داراست. اگر به طول موج‌ها یا فرکانس‌های رادیویی مختلف نگاه کنیم، می‌بینیم که تلسکوپ رفتار متفاوتی دارد.

به منظور تفکیک آلاینده‌های اخترفیزیکی از سیگنال مورد نظر باید پاسخ تلسکوپ را تصحیح کرد که امری حیاتی برشمرده می‌شود. پیکربندیِ دوباره آرایه، شیوه‌های تحلیل داده، قدرت ابررایانه و سختکوشی محققان باعث حصول نتایج شد. این دومین‌بار است که دانشمندانی که با تلسکوپ MWA کار می‌کنند، محدودیت تازه‌ای را افشا کردند که به دقت تنظیم شده است. دانشمندان ابراز امیدواری کردند تا با تداوم پیشرفت‌ها، زمینه را برای یافتن سیگنالِ گریزان فراهم نمایند.» محققان در پایان بیان کردند: «این تحلیل نشان می‌دهد که توسعۀ فاز دوم اثرات مطلوب زیادی داشته و روش‌های تحلیل جدید به بهبود تحلیل‌های آتی کمک خواهد کرد.»