شناسایی سیگنال‌های هیدروژنی با فاصله میلیارد‌ها سال نوری از زمین

باشگاه خبرنگاران جوان؛ جواد فراهانی - ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ رادیویی MeerKAT، گاز هیدروژنی را در فاصله میلیارد‌ها سال نوری از زمین شناسایی کردند که قدمت آن به زمانی برمی‌گردد که جهان میلیارد‌ها سال جوان‌تر از سن فعلی خود یعنی ۱۳.۸ میلیارد سال بود. این تحقیق می‌تواند با تعیین موقعیت هیدروژن، سبک‌ترین و فراوان‌ترین عنصر جهان، در فضا - تکنیکی که به عنوان نقشه‌برداری چگالی هیدروژن شناخته می‌شود - راهی جدید برای نقشه‌برداری از ساختار بزرگ‌مقیاس جهان در اختیار ستاره‌شناسان قرار دهد.

طبق گفته Space.com، هیدروژن خنثی یک سیگنال رادیویی ضعیف منتشر می‌کند که ستاره‌شناسان آن را "خط ۲۱ سانتی‌متر" می‌نامند. با گسترش جهان تحت تأثیر انرژی تاریک، طول موج این سیگنال کشیده می‌شود یا به قرمزگرایی تغییر می‌کند. درجه انتقال به قرمز به ستاره‌شناسان این امکان را می‌دهد تا تعیین کنند که یک سیگنال خاص چه مدت طول کشیده تا به ما برسد و بنابراین هیدروژنی که آن را منتشر کرده است، چه مدت پیش در جهان وجود داشته است.

با استفاده از یک خط ۲۱ سانتی‌متری، نقشه‌برداری چگالی هیدروژن به ستاره‌شناسان این امکان را می‌دهد که انتشار رادیویی از کهکشان‌های قبلاً دیده نشده را ردیابی کرده و تصویری سه‌بعدی از بزرگترین ساختار‌های جهان بسازند. با این حال، این تکنیک تاکنون بر ترکیب مشاهدات امواج رادیویی با مشاهدات حاصل از بررسی‌های کهکشانی که از نور مرئی یا تابش الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند، متکی بوده است، که چشمان ما برای دیدن آنها تکامل یافته است.

این تحقیق جدید با ساخت یک نقشه چگالی هیدروژن با استفاده از امواج رادیویی شناسایی شده توسط تلسکوپ رادیویی MeerKAT، یک سیستم ۶۴ آنتنی واقع در پارک ملی Meerkat در کیپ شمالی آفریقای جنوبی، این روند را می‌شکند.

سوراب پاول، محقق اصلی، گفت: "این یک گام بسیار مهم و هیجان‌انگیز است. نقشه‌برداری چگالی هیدروژن مدت‌هاست که به عنوان یک روش امیدوارکننده برای نقشه‌برداری کارآمد از جهان در نظر گرفته می‌شود، اما سیگنال ضعیف است و جداسازی آن از انتشار‌های پیش‌زمینه، تداخل رادیویی ساخته دست بشر و اثرات ابزاری دشوار است. تشخیص مستقیم با استفاده از MeerKAT نشان می‌دهد که این تکنیک در حال تبدیل شدن به یک ابزار عملی در کیهان‌شناسی است. 

نقشه‌برداری از کیهان با استفاده از MeerKAT

این تیم تحقیقاتی تقریباً ۹۶ ساعت از مشاهدات MeerKAT را تجزیه و تحلیل کردند و سیگنال‌های هیدروژنی را کشف کردند که قدمت آنها به ۴ تا ۵ میلیارد سال پیش برمی‌گردد. این هیدروژن‌ها میلیون‌ها سال نوری را پوشش می‌دهند، فاصله‌ای قابل مقایسه با فاصله بین کهکشان راه شیری و کهکشان همسایه ما، آندرومدا.

این دستاورد گامی مهم در استفاده از نقشه‌های هیدروژنی است. چائوتینگ چن، عضو تیم از دانشگاه ادینبورگ، توضیح داد: "هیدروژن خنثی یک جزء کلیدی برای درک چگونگی شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها است. با نقشه‌برداری از چگالی، نیازی به شناسایی هر کهکشان به صورت جداگانه نداریم. در عوض، می‌توانیم سیگنال هیدروژن جمعی را در حجم‌های بزرگ کیهانی اندازه‌گیری کنیم و راهی جدید برای مطالعه تکامل کهکشان‌ها و توزیع اساسی ماده در کیهان به ما ارائه دهیم. "

نقشه‌های هیدروژن و آینده کیهان‌شناسی

بررسی‌های کیهانی آینده می‌توانند از این پیشرفت در نقشه‌برداری هیدروژن، که یک عامل کلیدی با رصدخانه آرایه کیلومتر مربعی (SKAO) است که در حال حاضر در مورچیسون، استرالیای غربی و کارو، آفریقای جنوبی در دست ساخت است، بهره زیادی ببرند.

لورا والز، یکی از اعضای تیم از دانشگاه منچستر در بریتانیا، گفت: «MeerKAT همچنان دریچه‌های جدیدی را به روی کیهان‌شناسی می‌گشاید. این واقعیت که این سیگنال را می‌توان از مشاهداتی استخراج کرد که در ابتدا برای نقشه‌برداری از چگالی هیدروژن طراحی نشده بودند، فوق‌العاده دلگرم‌کننده است. این موضوع ارزش علمی عظیم داده‌های MeerKAT را نشان می‌دهد و راه را برای مشاهدات آینده با استفاده از SKAO هموار می‌کند.»

این تیم اکنون بر جمع‌آوری مشاهدات بیشتر با MeerKAT تمرکز خواهد کرد تا مناطق وسیع‌تری از آسمان و مقیاس‌های زمانی طولانی‌تر را پوشش دهد. این امر نقشه‌های هیدروژنی دقیق‌تری را در اختیار ستاره‌شناسان قرار می‌دهد که می‌تواند به مرور زمان به آنها در درک چگونگی شکل‌گیری بزرگترین ساختار‌های جهان در طول میلیارد‌ها سال کمک کند.

منبع: الیوم السابع