هیچ سیگنالی از سپیده‌دم کیهانی وجود ندارد!!

N.R.Fuller / بنیاد ملی علوم

سالها اخترشناسان در جستجوی سیگنال گریزان «سپیده‌دم کیهانی» بوده‌اند که زمانی ایجاد شد که اولین ستاره‌ها تنها 100 تا 200 میلیون سال یا بیشتر پس از انفجار بزرگ شروع به درخشش کردند. تشخیص دشواری است – امواج رادیویی ساطع شده توسط کهکشان راه شیری، فناوری انسانی و خود آشکارسازها، همه آن چیزی را از بین می‌برند که ما از دوران کودکی کیهان انتظار داریم ببینیم.

بنابراین، وقتی چهار سال پیش تیمی اعلام کرد که احتمالاً این کار را انجام داده‌اند و امواجی پیدا کرد‌ه‌اند. تشخیص آنها نشان داد که جهان اولیه سردتر از آن چیزی است که ما انتظار داشتیم.

اکنون، مطالعه‌ای با یافته‌های قبلی در تناقض است و ادعا می‌کند که سیگنال، هر چه که بوده، از ستاره‌ها نیامده است.

دیدن اولین ستاره‌ها

ما در حال حاضر تلسکوپی نداریم که بتواند اولین ستاره‌های جهان را مستقیماً تشخیص دهد. بنابراین اخترشناسان برای دیدن سپیده‌دم کیهانی به گاز هیدروژن روی آورده‌اند. هیدروژن نه تنها ستارگان را می‌سازد، بلکه آنها را نیز احاطه کرده است: هیدروژن پراکنده بیشتر محیط بین ستاره‌ای و بین کهکشانی را تشکیل می‌دهد. هنگامی که اولین ستارگان فرو ریختند و شروع به درخشش کردند، تابش شدید فرابنفش آنها الکترون‌های اتم را به بیرون پرتاب کرد و حباب‌هایی از هیدروژن یونیزه ایجاد کرد که تنها با رشد کهکشان‌ها منبسط شدند. این دوره را سپیده‌دم کیهانی یا عصر یونیزاسیون مجدد می‌نامند.

جدول زمانی کیهانی. این جدول زمانی اولین ستارگان را نشان می‌دهد که 180 میلیون سال پس از انفجار بزرگ ظاهر می‌شوند. تابش پرانرژی آنها گاز هیدروژن خنثی را یونیزه کرد که سپس در جهان نفوذ کرد.

N.R.Fuller / National Science Foundation

اخترشناسان در تلاش هستند تا این آرایش را با جذب تابش پس از انفجار بزرگ بسازند. هیدروژن یونیزه شده این درخشش را در 21 سانتی‌متر جذب می‌کند، طول موجی که از قبل بلندتر است و با حرکت در جهان در حال انبساط به سمت آشکارسازهای ما طولانی‌تر می‌شود. زمانی که این انتشار به آشکارسازهای زمینی می‌رسد، در امواج رادیویی فرکانس پایین، حدود 70 مگاهرتز است.

تشخیص چنین فرکانسهای پایینی نیاز به آشکارسازهای خاصی دارد. در سال 2018، جاد بومن (دانشگاه ایالتی آریزونا) و همکارانش نتیجه‌ای از آزمایش برای تشخیص عصر جهانی امضای یونیزه شدن مجدد (EDGES)، آشکارسازی منتشر کردند که در رصدخانه رادیویی-نجوم مورچیسون در استرالیای غربی قرار دارد. آنها یک سیگنال جذب آزمایشی را در 78 مگاهرتز پیدا کردند که نشان می‌دهد اولین ستاره‌ها گاز هیدروژن جهان را تنها 180 میلیون سال پس از انفجار بزرگ یونیزه می‌کنند.

سوال کلیدی: آیا می‌توان نتایج را تکرار کرد؟

طیف‌سنج رادیویی زمینی EDGES در رصدخانه رادیویی-نجوم مورچیسون CSIRO در استرالیای غربی. CSIRO استرالیا

اما در حالی که به نظر می‌رسید مقیاس زمانی با انتظارات مطابقت داشته باشد، عمق جذب نشان می‌دهد که جهان نوزاد سردتر از آنچه بود که کیهان‌شناسان پیش بینی کرده بودند.

بومن می‌دانست که نتیجه غیرمنتظره و اولیه نیاز به تایید دارد. او از دو ابزار استفاده شده برای دو مطالعه آتی اشاره کرد که پتانسیل تایید سیگنال را داشتند: آزمایش با دیافراگم بزرگ برای تشخیص عصر تاریکی (LEDA) و اندازه‌گیری آنتن  طیف رادیویی پس‌زمینه (SARAS). آخرین نتیجه LEDA فرکانس مشابه EDGES را پوشش نداد. اما نتایج حاصل از SARAS 3 نه تنها سیگنال را تأیید نمی‌کنند، بلکه نشان می‌دهند که از ابتدا هرگز وجود نداشته است.

SARAS 3  در آب‌های شراواتی در هند مستقر شد. راوی سوبرهمانیان

SARAS یک آزمایش منحصربه‌فرد است، یک آنتن رادیویی که برای شناور شدن بر روی آب (همه دریاچه‌های جنوب هند) طراحی شده است که از نویز پس‌زمینه محافظت می‌کند. پس از جمع آوری داده‌ها از ژانویه تا مارس 2020، تیم تجزیه و تحلیل را آغاز کرد و در نهایت هیچ سیگنالی در 78 مگاهرتز پیدا نکرد.سائورابح سینگ (مؤسسه تحقیقاتی رامان، هند) و همکارانش پیشنهاد می کنند که “سیگنال” EDGES در واقع از سطح توزیع نابرابر زیر آشکارساز می‌آید.

بومن می‌گوید: «این اندازه‌گیری‌ها بسیار چالش‌برانگیز هستند. “بسیاری از مسائل سیستماتیک احتمالی که می‌تواند بر EDGES تاثیر بگذارد نیز ممکن است SARAS را تحت تاثیر قرار دهد. ما هنوز کار بیشتری برای رسیدن به نتیجه نهایی در پیش رو داریم.”

مدیریت نویز پس زمینه برای به دست آوردن نتایج قابل اعتماد بسیار مهم است. SARAS قصد دارد با شناور شدن روی آب، نویز را به حداقل برساند. بومن می‌گوید که تیم EDGES همچنین در حال برنامه‌ریزی برای استقرار نسخه جدیدی از آزمایش در غرب استرالیا و همچنین کاوش در مکانهای دیگر با هدف بهبود عملکرد و کالیبراسیون ابزار است.

گزینه دیگر کاملاً یک مأموریت فضایی است، چه در مدار یا در سمت دور ماه که می‌تواند در نهایت یک سیگنال پاک و واقعی از سپیده‌دم کیهانی را تشخیص دهد.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

NO SIGNAL FROM COSMIC DAWN

BY: MONICA YOUNG FEBRUARY 28, 2022

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/no-signal-from-cosmic-dawn/