رمز گشایی اسرار جهان
جهان پس از انفجار بزرگ هنوز هم یک معما است. راه دستیافتن به زمان جهان اولیه، استفاده از امواج رادیویی است.
جهان تا حدود ۴۰۰,۰۰۰ سال پس از آغاز (انفجار بزرگ)، کاملا تاریک بود. هیچ ستاره یا کهکشانی وجود نداشت و جهان کاملا از گاز هیدروژن خنثی انباشته شده بود.
سپس بین ۵۰ تا ۱۰۰ میلیون سال بعد، قسمتهای چگالتر گاز هیدروژن توسط نیروی گرانش بههم ملحق شدند و در بعضی مکانها اولین ستارهها شکل گرفتند.
ستارههای اولیه چگونه بودند؟ چگونه بر دیگر نقاط جهان تاثیر گذاشتند؟ سولاتی از این قبیل سالهاست در اندیشهی منجمان و اخترفیزیکدانان میگذرد.
اکنون پس از ۱۲ سال تحقیق و آزمایش، تیمی از دانشمندان به سرپرستی موسسهی فضا و زمینشناسی ASU به رهبری جاد بومن، نشانههایی از اولین ستارههای جهان را یافتهاند. در این پژوهش، دانشمندان توانستند با استفاده از سیگنالهای رادیویی، اولین نشانههای قدیمیترین اجداد ما در شجرهنامهی کیهانی را بیابند. ستارههای مورد نظر، حدود ۱۸۰ میلیون سال پس از آغاز جهان تشکیل شدهاند.
بهگفتهی پیتر کورزینسکی، یکی از حامیان پروژه و رییس موسسهی ملی علوم:
در این پژوهش یک مشکل تکنیکی و اساسی وجود داشت و آن هم وجود منابع مختلکننده و مزاحم بود. سیگنال دریافتشونده از برخی از این منابع، بسیار شدیدتر از سیگنالهای اصلی مورد توجه ما هستند. دقیقا شبیه این وضعیت است که در یک طوفان شدید گیر افتاده باشید و بخواهید صدای بال زدن یک مگس را بشنوید. دانشمندانی که روی این پروژه کار کردند، با آنتن رادیویی خود در یک بیابان وسیع، اطلاعات بسیار بیشتری نسبت به تلسکوپهای فضایی بهدست آوردند و پنجرهی جدیدی رو به جهان گذشته باز کردند.
نجوم رادیویی
تیم بومن برای دستیافت به نشانههایی از جهان اولیه، از یک دستگاه زمینی بهنام طیفسنج رادیویی واقع در سازمان ملی علوم استرالیا (CSIRO) استفاده کردند. افراد تیم پژوهشی بهمنظور آشکارسازی نشانهها، طیف متوسط تمامی سیگنالهای نجومی مربوط به آسمان نیمکرهی جنوبی را اندازهگیری کردند و تغییرات توان را بر حسب طولموج یا فرکانس، ترسیم کردند.
همزمان با دریافت امواج رادیویی توسط گیرندهی زمینی، این امواج، تقویت شده و توسط کامپیوتر بهصورت دیجیتال درمیآیند. این کار، شبیه کار رادیوهای FM و گیرندههای تلویزیونی است. تفاوت این سیستم با رادیو و تلویزیونهای معمولی در کالیبره شدن دقیق و طراحی آن است. این سیستم برای دریافت تمامی طولموجهای رادیویی طراحی شده است.
سیگنالهای دریافت شده توسط این آنتن، به گاز هیدروژنی مربوط است که در جهان اولیه، فاصلهی میان ستارههای اولیه را پر کرده بود. این سیگنالها دریچهی مهمی رو به بررسی چگونگی تشکیل اولین ستارهها، سیاهچالههها و کهکشانها و چگونگی گسترش و تحول آنها گشوده است.
بومن گفت:
بعید است بتوانیم در مدت زندگی کوتاه خودمان به تاریخ قبل از ستارگان اولیه بازگردیم. این پروژه راه را برای پژوهشهای دهههای بعد باز میکند و امید به اینکه بتوان از ابتدای خلقت مطلع شد را گسترش میدهد.
نتایج این پژوهش بهتازگی توسط بومن در Nature منتشر شده است. همکاران بومن در این پروژه الن روگرز از موسسهی تکنولوژی ماساچوست، آزمایشگاه هایستک، راول مانسلو از دانشگاه کلورادو و توماس مازدزن و نیودیتا ماهیش از موسسهی فضا و زمینشناسی ASU هستند.
نتایج غیرمنتظره
نتایج حاصل از پژوهش و مشاهادات انجام شده، انتظارات نظری از تشکیل اولین ستارهها و ویژگیهای آنها را برآورده میکند.
بهگفتهی روگرز از MIT:
اتفاقی که در حال وقوع است در واقع این است که تابش ستارههای اولیه، به هیدروژن اجازهی دیدهشدن میدهند. در واقع، هیدروژن برخی از این تابشهای زمینه را جذب کرده و خودش فرکانسهای خاصی را تابش کرده که ما آنها را مشاهده میکنیم. اینها اولین سیگنالهایی هستند که با محیط اطراف و مواد تشکیلدهندهی آن برهم کنش میکنند.
در سال ۲۰۱۵ اعضای این تیم تحقیقاتی تصمیم گرفتند که مشاهدات خود را گسترش دهند و دستگاه خود را برای مشاهده و بررسی زمانهای قبلتر تنضیم کردند. روگرز گفت:
همزمان با تغییر سیستم دریافت فرکانس به بازهی فرکانسی کمتر، مشاهداتی داشتیم که حدس میزدیم باید سیگنالهای درست باشند. در این زمان فرکانس مورد نظر ۷۸ مگاهرتز را بسیار قویتر از گذشته دریافت کردیم و توانستیم به اطمینان برسیم که این فرکانس به ۱۸۰ میلیون سال پیش مربوط است. از انجایی که این سیگنال مربوط به خود گاز هیدروژن است، قدیمیترین سیگنال تا کنون مشاهدهشده است.
همچنین این پژوهش نشان داد که دمای گاز در جهان، بسیار از میزان انتظاری کمتر است (حدودا کمتر از نصف میزان انتظار). این موضوع میتواند نشان بدهد که برخی از تئوریهای اخترفیزیکدانان درست است و یا فیزیک غیر استانداردی وجود دارد. از جمله تئوری رنان بارکانا که بیان میکند: «در جهان اولیه، باریونها (مادهی معمولی) میتوانند با مادهی تاریک برهم کنش کنند و کم کم انرژی خود را از دست بدهند و به مادهی تاریک تبدیل شوند».
بومن گفت:
اگر تئوری بارکانا تایید شود، اطلاعات زیادی در مورد مادهی تاریک که ۸۵ درصد کل عالم ما را تشکیل میدهد به دست خواهیم آورد و اولین قدم فراتر از مدل استاندارد فیزیک را برخواهیم داشت.
قدم بعدی در این راه، ساخت دستگاه جدیدی است که یافتههای این تیم را تایید کند و امکانات دستگاه را ارتقا دهد تا بتوانیم اطلاعات بیشتری در مورد جهان و ستارگان اولیه بهدست آوریم. بومن گفت:
ما در دو سال گذشته برای ارتقای سیستم خود تلاش بسیاری کردهایم اما تایید مشاهدات ما از طرف یک تیم مستقل دیگر، کاملا ضروری است. زمانی که وجود سیگنال تایید شود، باید به دنبال رادیوتلسکوپهای پیشرفتهتر برای مشاهدات بهتر باشیم.
