افشای راز سیگنال مرموز کیهان پس از میلیاردها سال

فرارو-  پژوهشگران با رمزگشایی از یک سیگنال بسیار ضعیف اما ماندگار از اعماق فضا، توانستند برای نخستین‌بار نشانه‌هایی از ستارگان اولیه جهان را شناسایی کنند؛ ستارگانی که تاکنون از دید مستقیم بشر پنهان مانده بودند.

به گزارش فرارو به نقل از دیلی گلکسی،  یک سیگنال رادیویی اسرارآمیز از اعماق فضا، بیش از ۱۳ میلیارد سال در دل جهان پنهان مانده بود؛ پیامی کمرنگ اما معنادار از نخستین ستارگان عالم که اکنون دانشمندان به رمزگشایی آن دست یافته‌اند و با این کشف، روزنه‌ای نادر به دورانی ناشناخته از کیهان گشوده‌اند.

در گستره‌ای تاریک و بیکران کیهان، هنوز رازهای بسیاری درباره نخستین ستارگان عالم باقی مانده است؛ ستارگانی عظیم، درخشان و اولیه که در اولین مراحل تولد کیهان، با تابش خود فضا را روشن کردند. این ستارگان که در میان اخترشناسان به «ستارگان جمعیت سوم» (Population III stars) شناخته می‌شوند، چنان از دنیای امروزی علم فاصله دارند که خصوصیاتشان همچنان در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. برای دهه‌ها، دانشمندان در پی یافتن راهی برای درک بهتر این اجرام اولیه بودند و اکنون، روش جدیدی از دل امواج رادیویی باستانی، افق‌هایی تازه در برابر علم گشوده است.

سیگنال ۲۱ سانتی‌متری؛ نجواهای کیهانی از سپیده‌دم عالم

پیشرفت بزرگ علمی اخیر به سیگنالی ضعیف اما ماندگار بازمی‌گردد: «سیگنال ۲۱ سانتی‌متری». این سیگنال که از اتم‌های هیدروژن پس از مه‌بانگ (Big Bang) ساطع شده، متعلق به دورانی موسوم به «سپیده‌دم کیهانی» است؛ زمانی که نخستین ستارگان شروع به شکل‌گیری و نورافشانی کردند. برخلاف نور مرئی یا پرتوهای ایکس، سیگنال ۲۱ سانتی‌متری می‌تواند بینش مستقیمی درباره جرم، رفتار و پراکندگی این ستارگان اولیه ارائه دهد. تا پیش از این، بسیاری از جنبه‌های کاربردی این سیگنال برای دانشمندان ناشناخته مانده بود. اکنون، با کمک مدل‌های پیشرفته و فناوری‌های جدید، این سیگنال بدل به یکی از مهم‌ترین ابزارهای علمی برای کاوش در اعماق تاریخ کیهان شده است.

روشی نو برای کشف ویژگی‌های ستارگان اولیه

یک تیم بین‌المللی از اخترشناسان به رهبری پروفسور آناستازیا فیالکوف از مؤسسه اخترشناسی دانشگاه کمبریج، موفق شده‌اند جنبه‌ای اساسی از این سیگنال را رمزگشایی کنند. یافته‌های آن‌ها  نشان می‌دهد  سیگنال رادیویی ۲۱ سانتی‌متری حساس به ویژگی‌های ستارگان جمعیت سوم است. پژوهش آن‌ها حاکی از آن است که این سیگنال می‌تواند برای برآورد جرم ستارگان اولیه مورد استفاده قرار گیرد؛ ستارگانی که نورشان هرگز به‌طور مستقیم به ما نمی‌رسد.

اهمیت این دستاورد در آن است که مسیری تازه به سوی درک بهتر عالم اولیه می‌گشاید، دورانی که بیشتر از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بود و هنوز از ساختار پیچیده کیهان امروزی خبری نبود. با بررسی چگونگی تغییر سیگنال ۲۱ سانتی‌متری تحت تأثیر تابش این ستارگان، اخترشناسان می‌توانند روند تکامل کیهان از جرمی تاریک و یکنواخت به جهانی متنوع و ساختارمند را دنبال کنند.

دو پروژه کلیدی در خدمت کاوش ریشه‌های کیهان: REACH و SKA

تیم پژوهشی یادشده هم‌اکنون درگیر دو پروژه عظیم با اهداف بلندپروازانه است: پروژه REACH (آزمایش رادیویی برای تحلیل هیدروژن کیهانی) و آرایه SKA (مجموعه کیلومتر مربعی). پروژه REACH، که همچنان در مراحل اولیه  خود قرار دارد، از آنتن‌های رادیویی برای دریافت سیگنال‌های ۲۱ سانتی‌متری استفاده می‌کند. از سوی دیگر، پروژه SKA که در حال ساخت است، شبکه‌ای بسیار گسترده از آنتن‌ها خواهد بود که قادر به نقشه‌برداری از مناطق عظیمی از فضا و بررسی نوسانات تابش کیهانی خواهد بود.

این دو پروژه به‌عنوان سنگ‌بنای آینده اخترشناسی رادیویی شناخته می‌شوند. با تمرکز بر الگوهای آماری سیگنال‌های ضعیف، این پروژه‌ها امکان مطالعه‌ای بی‌سابقه از عالم اولیه را فراهم می‌کنند. پروفسور فیالکوف می‌گوید مدل ارائه‌شده توسط تیم او پیش‌بینی می‌کند REACH و SKA قادر خواهند بود اطلاعاتی دقیق درباره توزیع، درخشندگی و جرم ستارگان اولیه ارائه دهند؛ اطلاعاتی که می‌تواند فهم ما را از فرآیندهای بنیادینی که شکل‌دهنده جهان بوده‌اند، دگرگون کند.

نقش دوقلوهای ایکسی (X-ray binaries) در شکل‌دهی به سیگنال کیهانی

یکی از بخش‌های جالب این پژوهش، بررسی نقش سیستم‌های دوتایی پرتو ایکس یا همان X-ray binaries است؛ سیستم‌هایی شامل دو ستاره که یکی از آن‌ها به‌صورت اجرام فشرده نظیر سیاه‌چاله یا ستاره نوترونی فروپاشیده است. این سیستم‌ها، با تابش پرانرژی خود، تأثیر چشمگیری بر گازهای اطراف و در نتیجه بر سیگنال ۲۱ سانتی‌متری دارند.

تیم تحت رهبری پروفسور فیالکوف، مدلی ارائه کرده است که تأثیر این سیستم‌ها را در تغییرات سیگنال لحاظ می‌کند؛ چیزی که پیش‌تر در بسیاری از مطالعات نادیده گرفته شده بود. این کشف، لایه‌ای جدید از پیچیدگی به درک ما از کیهان اولیه می‌افزاید. به گفته محققان، ترکیب تابش ستارگان عادی و تابش سیستم‌های X-ray binaries، اثری دوچندان بر سیگنال رادیویی داشته و آن را به ابزاری قدرتمند برای رمزگشایی تاریخ کیهان تبدیل کرده است.

تلسکوپ‌های رادیویی؛ افق تازه کاوش کیهان

پتانسیل نهفته در سیگنال ۲۱ سانتی‌متری، با پیشرفت فناوری تلسکوپ‌های رادیویی بیش‌از‌پیش در حال گسترش است. برخلاف تلسکوپ‌های نوری که به تصویربرداری از کهکشان‌ها و ستارگان می‌پردازند، تلسکوپ‌های رادیویی نظیر REACH و SKA از طریق دریافت سیگنال‌های ضعیف، اطلاعاتی درباره خواص کیهانی به دست می‌آورند. این ابزارها شاید تصویری واضح از یک ستاره خاص ارائه ندهند، اما می‌توانند الگوهای عظیم در فازهای اولیه کیهان را شناسایی کنند.

دکتر الوئی دلرا آسدو، مدیر پروژه REACH، معتقد است این رصدهای رادیویی برای درک جرم و ویژگی‌های نخستین ستارگان حیاتی هستند. تیم او در حال حاضر داده‌های جمع‌آوری‌شده از سایت رادیویی کارو در آفریقای جنوبی را مورد تحلیل قرار می‌دهد؛ داده‌هایی که می‌توانند مسیر اکتشافات آینده در اخترشناسی را تعیین کنند.

دریچه‌ای نو به آغاز جهان

دستاوردهای جدید پیرامون سیگنال ۲۱ سانتی‌متری، نقطه عطفی در علم اخترشناسی به‌شمار می‌رود. آنچه در قالب نجواهایی ضعیف از اعماق فضا آغاز شد، اکنون بدل به پلی شده میان گذشته ناشناخته کیهان و آینده درخشان علم. دانشمندان با تکیه بر فناوری و همکاری‌های جهانی، در مسیر رمزگشایی از تاریخ اولیه جهان گام‌های بلندی برداشته‌اند و شاید، در آینده‌ای نه‌چندان دور، بتوانیم تصویری شفاف‌تر از آن نخستین نورها که جهان را روشن کردند، در ذهن خود ترسیم کنیم.