لم يكن الكون دائمًا مكانًا مضاءًا جيدًا. كان لها العصور المظلمة الخاصة بها ، في الأيام التي سبقت تشكل النجوم والمجرات. المشكلة هي أنه لا يوجد ضوء مرئي يسافر عبر الكون من هذه الفترة الزمنية.
الآن ، يستخدم فريق من علماء الفلك بقيادة الدكتور بنجامين ماكينلي من المركز الدولي لبحوث علم الفلك الراديوي (ICRAR) وجامعة كيرتن القمر للمساعدة في كشف هذه الأسرار.
للكون مخطط زمني تاريخي خاص به ، ويتطلب فهم هذا البحث الجديد إلقاء نظرة على هذا الجدول الزمني. بعد أن حصل الانفجار الكبير على أشياء ، كانت هناك حوالي 377000 سنة لم يحدث فيها الكثير. لم تتشكل النجوم بعد ، وكان الجو حارًا جدًا بحيث لا تستطيع الفوتونات السفر. هذا الجزء الأول من الوقت له اسم يسهل تذكره "الكون المبكر".
عند حوالي 377000 عام ، كان الكون يبرد بما يكفي ليصبح شفافًا. في ذلك الوقت ، سيطرت الكون على ذرات هيدروجين نشطة. عندما يبرد ، يطلق الهيدروجين فوتونات. تُعرف الفوتونات من هذا الوقت بخلفية الميكروويف الكونية (CMB). إن CMB يشبه نوعًا ما وميضًا كبيرًا لتلك اللحظة ، مطبوعًا على خلفية الكون.
علامة 377000 سنة هي حيث بدأت العصور المظلمة ، واستمرت حتى حوالي مليار عام. يطلق عليه العصور المظلمة لأنه لم يكن هناك نجوم ، وبالطبع لا يوجد ضوء النجوم. كان هناك ضوء من CMB ، لكنه لا يخبرنا بما نحتاج إلى معرفته. لحسن الحظ ، لم يتم الانتهاء من كل ذلك الهيدروجين الذي برد وترك CMB ليقوم الفلكيون بدراسته. هذه الهيدروجين أصبحت الآن محايدة ، لكنها لا تزال تطلق الفوتون العرضي ، وتعرف هذه الفوتونات باسم خط دوران 21 سم من الهيدروجين المحايد. عفوا! خذ نفس.
وهو ما يقودنا إلى هذه الدراسة الجديدة. هناك الكثير من الأبحاث حول هذا الهيدروجين المحايد لأنه أكثر السبل الواعدة لدراسة الأيام الأولى للكون. تكمن المشكلة في أن الإشارة ضعيفة للغاية ، وهي محاطة بأشياء فيزيائية فلكية مشرقة أخرى في المقدمة. كما أن الأدوات المستخدمة لقياسه لها تأثيرات منهجية تحتاج إلى تقليل. وهذا ما تعنيه هذه الدراسة حقًا.
يشير المؤلفون إلى أن هذه هي الأولى في سلسلة من الأوراق حول هذا البحث. إن استخدام القمر ودرب التبانة المنعكس عليه هو جزء من المعايرة المضبوطة بدقة اللازمة لسبر 21 سم. خط دوران الهيدروجين ، أو ما نسميه الضوء من الهيدروجين المحايد المبكر.
يستخدم الدكتور ماكينلي والباحثون الآخرون تلسكوبًا لاسلكيًا يسمى صفيف Murchison Widefield Array (MWA) الموجود في منطقة هادئة راديوًا في صحراء أستراليا الغربية. MWA هو مقياس تداخل يتكون من 256 منشأة منفصلة تغطي مساحة 6 كيلومتر مربع. يحتوي كل موقع من هذه المواقع البالغ عددها 256 موقعًا على 16 جهاز استقبال منفصل ، ويرتبط النظام بأكمله معًا.
ما يحاول الدكتور ماكينلي وفريقه فعله هو استخدام MWA "للتنقل" من خلال سطوع الكون من أجل رؤية الضوء من الهيدروجين المحايد في العصور المظلمة. أولاً يحفرون من خلال سطوع درب التبانة ، ثم الضوء من المجرات الأخرى ، ثم CMB. نأمل ، بعد كل ما تم حسابه ، ما تبقى هو ضوء الهيدروجين المحايد. هذه الدراسة هي بداية محاولتهم عزل الضوء عن الهيدروجين المحايد.
"لقد قمنا بقياس قيمة متوسط سطوع مجرتنا في المكان الذي يحدث فيه القمر ، لإظهار أن التقنية تعمل." - د. ماكينلي ، ICRAR.
في هذه التجربة المبكرة ، استخدم الفريق إمكانات Murchison Widefield Array لقياس التقلبات في متوسط سطوع السماء. فعلوا ذلك باستخدام القمر لحجب السماء. في تبادل بريد إلكتروني مع مجلة الفضاء ، شرح الدكتور ماكينلي العملية. "لذا نستخدم القمر لإحداث تذبذب حول المتوسط من خلال وضعه في مجال رؤيتنا لتحجب السماء. نفترض أننا نعرف سطوع القمر (بناءً على درجة حرارته) ، وبالتالي يمكننا استنتاج متوسط درجة حرارة السماء. "
المشكلة هي أن القمر جسم عاكس. الكون على قيد الحياة حيث ترتد موجات الراديو حولها ، ويعكس القمر بعضًا من تلك - بما في ذلك تلك التي من درب التبانة - والتي يجب حسابها. كما يقول د. ماكينلي ، "لكن درجة حرارة القمر لا تتحدد فقط من خلال درجة حرارته. كما يعكس الموجات الراديوية بما في ذلك تلك التي تنشأ من الأرض ، وتلك القادمة من الفضاء. هذا هو السبب في أنني اضطررت إلى تصميم مجرة درب التبانة ترتد عن القمر في التلسكوب. نحن نحسب ما يجب أن يستند إليه الانعكاس على نموذج درب التبانة ثم نستخدم ذلك في تحليلنا (بطرحه بعيدًا عن سطوع القمر) ".
إن الصورة الرائعة لدرب التبانة المنعكسة عن القمر ليست مجرد صورة جميلة. إنه يمثل نوعًا من إثبات المفهوم لطرق القياس التي يتبعها الفريق. وقال الدكتور ماكينلي لمجلة الفضاء: "قمنا بقياس قيمة متوسط السطوع في مجرتنا في المكان الذي يحدث فيه القمر ، لإظهار أن التقنية تعمل".
ماكينلي وفريقه هم فقط في بداية ما يأملون أن يكون خط تحقيق مثمر. ما زالوا بحاجة إلى تحسين طريقة حسابهم للانبعاثات الأمامية والخلفية من أجل عزل الانبعاثات الراديوية الهيدروجينية المبكرة. ولكن إذا استطاعوا ، فسيكونون قد فتحوا نافذة على خط دوران 21 سم بعيد المنال من الهيدروجين المحايد. وإذا تمكنوا من ملاحظة ذلك ، فإنهم يأملون في الإجابة عن بعض الأسئلة الأساسية حول تاريخ الكون.
- ورقة بحث: "قياس إشارة 21 سم العالمية باستخدام MWA-I: قياسات محسنة لخلفية السنكروترون المجرة باستخدام الغيوم القمرية"
- بيان صحفي من إكرار: "القمر يساعد على كشف أسرار الكون"
- دخول ويكيبيديا: التسلسل الزمني للكون
