سیگنال رادیویی ۱۳ میلیارد ساله؛ کلیدی برای کشف جرم و ماهیت اولین ستاره‌های کیهان
سیگنال رادیویی ۱۳ میلیارد ساله؛ کلیدی برای کشف جرم و ماهیت اولین ستاره‌های کیهان
در یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های سال‌های اخیر در کیهان‌شناسی، تیمی بین‌المللی به رهبری دانشگاه کمبریج موفق شد ثابت کند سیگنال رادیویی ضعیف ۲۱ سانتی‌متری که بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش توسط ابرهای هیدروژن خنثی ساطع شده، حاوی اطلاعات دقیقی درباره جرم، درخشندگی و حتی نحوه مرگ اولین نسل ستاره‌های کیهان است.
به گزارش نیوزلن و به نقل از SciTechDaily، این سیگنال که تنها چند صد میلیون سال پس از مه‌بانگ شکل گرفت، اکنون به‌عنوان تنها راه ممکن برای مطالعه مستقیم دوره‌ای شناخته می‌شود که کیهان از تاریکی کامل به نخستین جرقه‌های نور گذر کرد؛ دوره‌ای که اخترشناسان آن را «طلوع کیهانی» و «عصر یونیزاسیون دوباره» می‌نامند.
آناستازیا فیالکوف، استاد مؤسسه اخترشناسی دانشگاه کمبریج و از نویسندگان اصلی پژوهش، تأکید دارد: «این فرصتی بی‌نظیر است تا بفهمیم چگونه نخستین نور کیهان از دل تاریکی بیرون آمد؛ داستانی که تازه در حال فهمیدنش هستیم».
گفتنی است تاکنون حتی تلسکوپ فضایی جیمز وب هم نتوانسته این ستاره‌های بسیار دور و کم‌نور را مستقیماً رصد کند.
بر این اساس، تنها راه باقی‌مانده، تحلیل سیگنال ۲۱ سانتی‌متری است؛ نوری رادیویی که توسط تابش فرابنفش ستاره‌های اولیه و اشعه ایکس ناشی از بقایایشان تغییر شکل داده و اکنون پس از سفر ۱۳.۸ میلیارد ساله به زمین رسیده است.
فیالکوف که هدایت گروه نظری پروژه REACH (آزمایش رادیویی تحلیل هیدروژن کیهانی) را بر عهده دارد و عضو پروژه عظیم آرایه کیلومتر مربعی (SKA) نیز هست، به‌همراه همکارانش برای اولین بار مدلی جامع و یکپارچه ساخت که وابستگی سیگنال ۲۱ سانتی‌متری به جرم ستاره‌های نسل سوم (Population III) را با دقت بی‌سابقه‌ای پیش‌بینی می‌کند.
این مدل نه‌تنها تابش فرابنفش این ستاره‌های غول‌پیکر را در نظر گرفت، بلکه تأثیر سامانه‌های دوتایی اشعه ایکس را که پس از مرگ این ستاره‌ها (به‌صورت سیاه‌چاله یا ستاره نوترونی) شکل می‌گیرند، به‌طور کامل محاسبه کرد؛ چیزی که پژوهش‌های پیشین به‌کلی از آن غفلت کرده بودند.
فیالکوف توضیح داد: «ما نخستین گروهی هستیم که به‌طور یکپارچه تأثیر جرم ستاره‌های اولیه را بر سیگنال ۲۱ سانتی‌متری مدل‌سازی کردیم؛ از جمله تأثیر اشعه ایکس سامانه‌های دوتایی که پس از مرگ‌شان پدید می‌آیند. این شبیه‌سازی‌ها شرایط اولیه کیهان، یعنی ترکیب هیدروژن و هلیوم تولیدشده در مه‌بانگ را هم در بر می‌گیرد.»
نتایج نشان داد که سیگنال ۲۱ سانتی‌متری به جرم این ستاره‌ها فوق‌العاده حساس است و می‌تواند ثابت کند که ستاره‌های نسل سوم احتمالاً چندین برابر پرجرم‌تر از ستاره‌های امروزی بوده‌اند.
این یافته پیش‌بینی‌های قبلی را که تأثیر سامانه‌های دوتایی اشعه ایکس را دست‌کم گرفته بودند، به‌کلی دگرگون می‌کند.
در حال حاضر، پروژه REACH در منطقه خشک و کم‌تداخل کارو در آفریقای جنوبی در مرحله کالیبراسیون قرار دارد و به‌زودی نخستین داده‌های واقعی سیگنال ۲۱ سانتی‌متری را ثبت خواهد کرد.
در آینده‌ای نزدیک، آرایه کیلومتر مربعی (SKA)، بزرگ‌ترین تلسکوپ رادیویی تاریخ با هزاران آنتن، نوسانات این سیگنال را در مقیاس عظیمی از آسمان نقشه‌برداری خواهد کرد.
هر دو پروژه قادر نیستند تک‌تک ستاره‌ها را تصویر کنند، بلکه اطلاعات آماری کل جمعیت ستاره‌های اولیه، سامانه‌های دوتایی اشعه ایکس و کهکشان‌های نوزاد را ارائه می‌دهند.
الوی د لرا آسدو، سرپرست اصلی تلسکوپ REACH و مسئول فعالیت‌های SKA در کمبریج، اظهار داشت: «پیش‌بینی‌های ما پیامدهای عظیمی برای درک ماهیت نخستین ستاره‌های کیهان دارد.
تلسکوپ‌های رادیویی ما می‌توانند جزئیات جرم این ستاره‌ها و تفاوت‌شان با ستاره‌های امروزی را آشکار کنند. این پیش‌بینی‌ها برای هدایت مشاهدات رادیویی که همین حالا از کارو انجام می‌دهیم، ضروری هستند».
پژوهش حاضر نه‌تنها راه را برای تفسیر داده‌های واقعی REACH و SKA هموار می‌کند، بلکه نوید می‌دهد که یکی از بزرگ‌ترین رازهای کیهان‌شناسی، یعنی لحظه دقیق روشن شدن اولین چراغ‌های کیهان پس از تاریکی ۴۰۰ هزار ساله اولیه، به‌زودی حل شود.
این دستاورد بار دیگر نشان می‌دهد که گاهی پاسخ پرسش‌های عمیق کیهانی نه در نور مرئی، بلکه در امواج رادیویی فراموش‌شده ۱۳ میلیارد ساله نهفته است.
