درک بهتر تاریخ کیهان با یاری تلسکوپ هرا - وبلاگ تاج

به گزارش وبلاگ تاج، در طول تاریخ، انسان ها داستان هایی را در خصوص نحوه آفرینش ستاره ها و اینکه آنها چه هستند و اولین ستاره ها چگونه به وجود آمده اند، خلق نموده و به اشتراک گذاشته اند. حال محققان دانشگاه ام آی تی با یاری دکتر نیما رضوی قدس از دانشگاه کمبریج قصد دارند با یاری اطلاعات یک تلسکوپ به طور کامل به آنالیز این موضوع بپردازند.

به گزارش وبلاگ تاج و به نقل از اس تی دی، اکنون با نتایج تازه به دست آمده از تلسکوپ رادیویی هرا(HERA) واقع در پایگاه نجوم کارو آفریقای جنوبی(South Africa Karoo Astronomy Reserve)، دانشمندان ام آی تی یک گام کوچک و مهم برداشته و به درک آن تاریخ نزدیک تر شده اند. محققان تلسکوپ رادیویی هرا در پی درک اولین نشانه های تشکیل ستاره و ساختار کهکشان هستند. واژه هرا مخفف عبارت آرایه بازیونیده شدن دوره هیدروژن(Hydrogen Epoch of Reionization Array) است.

ژاکلین هویت(Jacqueline Hewitt) و پروفسور جولیوس ای. استراتون(Julius A. Stratton) از دانشکده فیزیک موسسه ام آی تی، در حال کوشش برای درک آنچه در دوره ای به نام طلوع کیهانی(cosmic dawn) و حدود 400 میلیون سال پس از مِه بانگ یا بیگ بنگ(Big Bang) اتفاق افتاده است، هستند.

در اوایل پاییز 2021، محققان ام آی تی و سایر محققان، نتایج جمع آوری شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته در طول چهار سال و اولین مراحل ساخت تلسکوپ را آنالیز کردند. آنها یافته های خود را اخیرا در مجله Astrophysical منتشر نموده اند.

یافته های آنها، میزان زیادی از سیگنال های رادیویی حاصل از هیدروژن کیهانی را ارائه می نماید که نشان دهنده شکل گیری اولیه ستاره ها است و به دانشمندان تصویر واضح تری از زمان تشکیل اولین ستاره ها و کهکشان ها می دهد. این یافته ها بعضی مدل های نظری که در خصوص منشا طلوع کیهانی فرضیاتی ارائه می دهند را محدود می نماید.

بخشی از آرایه تداخل سنجی رادیویی هرا در صحرای کارو آفریقای جنوبی در طول ساخت و ساز اولیه در سال 2016

یافته های تلسکوپ هرا تا حدی بسیار مهم هستند زیرا در مراحل اولیه توسعه هرا جمع آوری شده اند. این تلسکوپ تحت عنوان مجموعه ای از بشقاب های رادیویی کار می نماید و اخیرا تنها داده های 39 آنتن از 52 آنتن مستقر هرا جمع آوری شده اند. در حالت کامل، مجموعا 350 آنتن وجود خواهد داشت. پس از ساخت کامل، هرا به مقدار کافی حساس خواهد بود تا مجموعه داده ها و اطلاعات بیشتری را از کیهان جمع آوری کند.

در جستجوی سیگنال

برای آنالیز طلوع کیهانی، هرا از امواج رادیویی با فرکانس پایین برای شناسایی سیگنال هایی که به راحتی قابل مشاهده نیستند، استفاده می نماید. هرا با تلسکوپ های دیگر مانند تلسکوپ فضایی هابل که ساختارهایی مانند کهکشان ها که فقط پنج درصد از ماده قابل مشاهده در فضا تشکیل می دهند را مشاهده می نماید، فرق دارد. 95 درصد دیگر ماده، چیزی است که بین کهکشان ها وجود دارد که می توان به هیدروژن با چگالی کم اشاره نمود. با هرا، دانشمندان می توانند به آنچه بین کهکشان ها می گذرد نگاه نمایند و از این اطلاعات برای استنباط از آنچه کهکشان ها انجام می دهند که ما نمی توانیم مشاهده کنیم، استفاده نمایند و دریابند چگونه تشکیل کهکشان بر فضای اطراف آنها تاثیر می گذارد.

اعضای پروژه هرا در یک نشست علمی. اعضای پروژه هرا، محققان موسسات علمی سراسر ایالات متحده، کانادا، اروپا و آفریقای جنوبی هستند

هابل پروژه مشترک ناسا و آژانس فضایی اروپا و کانادا است و بیش از سه دهه به رصد فضا پرداخته است. این تلسکوپ بیش از 1.5 میلیون رصد انجام داده و بیش از 18 هزار مقاله علمی براساس داده های آن منتشر شده است.

هابل با سرعت 27 هزار و 300 کیلومتر بر ساعت مدار زمین را دور می زند و در فاصله 547 کیلومتری زمین قرار گرفته است. این تلسکوپ در ماه آوریل سال 1990 از پایگاه فضایی کندی در فلوریدا به فضا ارسال شد. هابل یکی از بزرگترین و پرکاربردترین تلسکوپ ها به شمار می آید.

برای درک این دوره از تاریخ کیهان، دانشمندان در پی سیگنال چرخشی اسپین(spin flip signal) که به خط 21 سانتی متری(21-centimeter line) نیز معروف است، هستند و آن نیز طول موج گاز هیدروژن خنثی است. این سیگنال رادیویی از مواد بین کهکشانی کهکشان ها می آید و با انتشار و یا جذب اتم های هیدروژن که به وسیله این انتقال منتشر می شوند، فراوری می گردد.

این سیگنال دارای دو امضا یا فرآیند است که می توان آنها را ضبط کرد. این سیگنال برای اولین بار زمانی که ستاره ها گاز هیدروژن را گرم می نمایند، تغییر می نماید. بار دوم، همان چیزی است که هرا تا به امروز در پی آن بوده است؛ ناپدید شدن سیگنال 21 سانتی متری که آن نیز زمانی اتفاق می افتد که هیدروژن به وسیله انرژی فراوری شده به وسیله تشکیل ستاره اضافی یونیزه می گردد. این امضا نشان می دهد که ستاره ها ایجاد شده اند.

خط 21 سانتی متری از طلوع کیهانی هنوز به طور قطعی شناسایی نشده است. با این حال، نتایج تازه هرا داده هایی را در خصوص ماهیت سیگنال چرخشی اسپین از زمانی که کیهان 500 میلیون ساله بود، ارائه نموده است.

با این نتایج، محققان توانسته اند شواهدی ارائه نمایند که چندین نظریه احتاقتصادی در خصوص تشکیل کهکشان ها را رد می نماید. مهمتر از همه، داده ها نشان می دهد که باید مکانیزمی برای گرم کردن هیدروژن در فضا وجود داشته باشد و این به آن معنا است که کهکشان ها باید سیاهچاله داشته باشند.

استیو فورلانتو(Steve Furlanetto) نظریه پرداز اصلی پروژه هرا و استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس گفت: اگر کهکشانی مشاهده کردید که سیاهچاله نداشت، اساسا می توانید آن را رد کنید. باید گرمایش وجود داشته باشد و در چارچوب قانون این مدل ها، این موضوع به این معنی است که باید سیاه چاله هایی وجود داشته باشند که در نزدیکی آنها اشعه ایکس فراوری گردد.

با یاری اقتصادی بنیاد گوردون و بتی مور(Gordon and Betty Moore Foundation) و بنیاد ملی علوم(National Science Foundation)، هرا با 350 آنتن و با طراحی یک آنتن تازه که به تلسکوپ اجازه می دهد امواج رادیویی با فرکانس پایین تر را ضبط کند، کار خواهد نمود.

طراحی آنتن تازه به وسیله محققان دانشگاه کمبریج صورت می گیرد و باید تا اوایل سال 2022 نیز نصب گردد که این امر دامنه اطلاعاتی دانشمندان را به طور چشمگیری افزایش خواهد داد.

در میان محققانی که در این پروژه فعالیت دارند نام دکتر نیما رضوی قدس(Nima Razavi-Ghods) از محققان دانشگاه کمبریج نیز ذکر شده بود.