درک بهتر تاریخ کیهان با کمک تلسکوپ "هرا"

در طول تاریخ، انسان‌ها داستان‌هایی را در مورد نحوه آفرینش ستاره‌ها و اینکه آنها چه هستند و اولین ستاره‌ها چگونه به وجود آمده‌اند، خلق کرده و به اشتراک گذاشته‌اند. حال محققان دانشگاه ام‌آی‌تی با کمک دکتر نیما رضوی قدس از دانشگاه کمبریج قصد دارند با کمک اطلاعات یک تلسکوپ به طور کامل به بررسی این موضوع بپردازند.

کد خبر: ۱۲۷۵۴۳۵

تاریخ: ۲۵ بهمن ۱۴۰۰ - ۱۴:۴۶

به گزارش خبرگزاری دانا و به نقل از اس‌تی‌دی، اکنون با نتایج جدید 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 نزدیک‌تر شده‌اند. محققان تلسکوپ رادیویی "هرا" به دنبال درک اولین نشانه‌های تشکیل ستاره و ساختار کهکشان هستند. واژه هرا مخفف عبارت "آرایه بازیونیده‌شدن 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 تلاش برای درک آنچه در دوره‌ای به نام طلوع کیهانی(cosmic dawn) و حدود ۴۰۰ میلیون سال پس از مِه‌بانگ یا بیگ بنگ(Big Bang) رخ داده است، هستند.

در اوایل پاییز ۲۰۲۱، محققان ام آی تی و سایر محققان، نتایج جمع‌آوری شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته در طول چهار سال و اولین مراحل ساخت تلسکوپ را بررسی کردند. آنها یافته‌های خود را اخیرا در مجله Astrophysical منتشر کرده‌اند.

یافته‌های آنها، مقدار زیادی از سیگنال‌های رادیویی حاصل از هیدروژن کیهانی را ارائه می‌کند که نشان‌دهنده شکل‌گیری اولیه ستاره‌ها است و به دانشمندان تصویر واضح‌تری از زمان تشکیل اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها می‌دهد. این یافته‌ها برخی مدل‌های نظری که در مورد منشا طلوع کیهانی فرضیاتی ارائه می‌دهند را محدود می‌کند.

بخشی از آرایه تداخل سنجی رادیویی هرا در صحرای کارو آفریقای جنوبی در طول ساخت و ساز اولیه در سال ۲۰۱۶

یافته‌های تلسکوپ هرا تا حدی بسیار مهم هستند زیرا در مراحل اولیه توسعه هرا جمع‌آوری شده‌اند. این تلسکوپ تحت عنوان مجموعه‌ای از بشقاب‌های رادیویی کار می‌کند و اخیرا تنها داده‌های  ۳۹ آنتن از ۵۲ آنتن مستقر هرا جمع‌آوری شده‌اند. در حالت کامل، مجموعا ۳۵۰ آنتن وجود خواهد داشت. پس از ساخت کامل، هرا به اندازه کافی حساس خواهد بود تا مجموعه داده‌ها و اطلاعات بیشتری را از کیهان جمع آوری کند.

در جستجوی سیگنال

برای بررسی طلوع کیهانی، هرا از امواج رادیویی با فرکانس پایین برای شناسایی سیگنال‌هایی که به راحتی قابل مشاهده نیستند، استفاده می‌کند. هرا با تلسکوپ‌های دیگر مانند تلسکوپ فضایی هابل که ساختارهایی مانند کهکشان‌ها که فقط پنج درصد از ماده قابل مشاهده در فضا تشکیل می‌دهند را مشاهده می‌کند، متفاوت است. ۹۵ درصد دیگر ماده، چیزی است که بین کهکشان‌ها وجود دارد که می‌توان به هیدروژن با چگالی کم اشاره کرد. با هرا، دانشمندان می‌توانند به آنچه بین کهکشان‌ها می‌گذرد نگاه کنند و از این اطلاعات برای استنباط از آنچه کهکشان‌ها انجام می‌دهند که ما نمی‌توانیم مشاهده کنیم، استفاده کنند و دریابند چگونه تشکیل کهکشان بر فضای اطراف آنها تاثیر می‌گذارد.

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 ۱.۵ میلیون رصد انجام داده و بیش از ۱۸ هزار مقاله علمی براساس داده‌های آن منتشر شده است.

هابل با سرعت ۲۷ هزار و ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت مدار زمین را دور می‌زند و در فاصله‌ ۵۴۷ کیلومتری زمین قرار دارد. این تلسکوپ در ماه آوریل سال ۱۹۹۰ از پایگاه فضایی کندی در فلوریدا به فضا ارسال شد. "هابل" یکی از بزرگترین و پرکاربردترین تلسکوپ‌ها به شمار می‌آید.

برای درک این دوره از تاریخ کیهان، دانشمندان به دنبال "سیگنال چرخشی اسپین"(spin flip signal) که به خط ۲۱ سانتی متری(۲۱-centimeter line) نیز معروف است، هستند و آن نیز طول موج گاز هیدروژن خنثی است. این سیگنال رادیویی از مواد بین کهکشانی کهکشان‌ها می‌آید و با انتشار و یا جذب اتم‌های هیدروژن که از طریق این انتقال منتشر می‌شوند، تولید می‌شود.

این سیگنال دارای دو امضا یا فرآیند است که می‌توان آنها را ضبط کرد. این سیگنال برای اولین بار زمانی که ستاره‌ها گاز هیدروژن را گرم می‌کنند، تغییر می‌کند. بار دوم، همان چیزی است که هرا تاکنون به دنبال آن بوده است؛ ناپدید شدن سیگنال ۲۱ سانتی متری که آن نیز زمانی اتفاق می‌افتد که هیدروژن توسط انرژی تولید شده توسط تشکیل ستاره اضافی یونیزه می‌شود. این امضا نشان می‌دهد که ستاره‌ها ایجاد شده‌اند.

خط ۲۱ سانتی‌متری از طلوع کیهانی هنوز به طور قطعی شناسایی نشده است. با این حال، نتایج جدید هرا داده‌هایی را در مورد ماهیت سیگنال چرخشی اسپین از زمانی که کیهان ۵۰۰ میلیون ساله بود، ارائه کرده است.

با این نتایج، محققان توانسته‌اند شواهدی ارائه کنند که چندین نظریه احتمالی در مورد تشکیل کهکشان‌ها را رد می‌کند. مهمتر از همه، داده‌ها نشان می‌دهد که باید مکانیزمی برای گرم کردن هیدروژن در فضا وجود داشته باشد و این به آن معنا است که کهکشان‌ها باید سیاهچاله داشته باشند.

"استیو فورلانتو"(Steve Furlanetto) نظریه پرداز اصلی پروژه هرا و استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس گفت: اگر کهکشانی مشاهده کردید که سیاهچاله نداشت، اساسا می‌توانید آن را رد کنید. باید گرمایش وجود داشته باشد و در چارچوب قانون این مدل‌ها، این موضوع به این معنی است که باید سیاه‌چاله‌هایی وجود داشته باشند که در نزدیکی آنها اشعه ایکس تولید شود.

با کمک مالی "بنیاد گوردون و بتی مور"(Gordon and Betty Moore Foundation) و "بنیاد ملی علوم"(National Science Foundation)، هرا با ۳۵۰ آنتن و با طراحی یک آنتن جدید که به تلسکوپ اجازه می‌دهد امواج رادیویی با فرکانس پایین‌تر را ضبط کند، کار خواهد کرد.

طراحی آنتن جدید توسط محققان دانشگاه کمبریج صورت می‌گیرد و باید تا اوایل سال ۲۰۲۲ نیز نصب شود 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.

انتهای پیام