اكتشف العلماء إشارات الهيدروجين منذ مليارات السنين. هل يمكن أن يساعدنا هذا في رسم خريطة للكون؟
استخدم علماء الفلك التلسكوب الراديوي MeerKAT لاكتشاف غاز الهيدروجين على بعد مليارات السنين الضوئية منا، في فترة كان فيها الكون أصغر بمليارات السنين من عمره الحالي البالغ 13.8 مليار سنة.
قد يزود هذا البحث علماء الفلك بطريقة جديدة لرسم خرائط الكوكب البنية واسعة النطاق للكون. ستعتمد هذه التقنية على تحديد موقع الهيدروجين، وهو العنصر الأخف والأكثر وفرة في الكون، عبر الكون. ومن المعروف باسم رسم خرائط كثافة الهيدروجين.
يصدر الهيدروجين المحايد إشارة راديوية باهتة يسميها علماء الفلك خط 21 سنتيمترًا. كما يتوسع الكون تحت تأثير الطاقة المظلمةأو أن الطول الموجي لإشارة الراديو هذه ممتد، أو “تحول نحو الأحمر“يسمح الحد الأقصى للانزياح الأحمر لعلماء الفلك بتحديد المدة التي انتقلت فيها إشارة معينة إلينا، وبالتالي في أي فترة من الكون كان الهيدروجين الذي انبعث منها موجودًا.
باستخدام خط 21 سنتيمترًا، يسمح رسم خرائط كثافة الهيدروجين لعلماء الفلك بتتبع الانبعاثات الراديوية من المجرات غير المرئية حتى الآن وبناء صورة ثلاثية الأبعاد لأكبر الهياكل في الكون. ومع ذلك، حتى هذه اللحظة، اعتمدت هذه التقنية على الجمع بين الكشف عن الموجات الراديوية والملاحظات من المسوحات المجرية التي تعمل بالضوء المرئي، أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تطورت أعيننا لرؤيته.
يتحدى هذا البحث الجديد هذا الاتجاه، حيث قام ببناء خريطة لكثافة الهيدروجين باستخدام موجات الراديو التي اكتشفها التلسكوب الراديوي ميركات، مكونة من 64 هوائيًا في حديقة ميركات الوطنية في كيب الشمالية بجنوب إفريقيا.
وقال قائد الفريق سوراب بول في بيان “هذا إنجاز مثير للغاية”. “لطالما كان يُنظر إلى رسم خرائط كثافة الهيدروجين على أنه وسيلة واعدة لرسم خريطة للكون بكفاءة، ولكن الإشارة ضعيفة للغاية ويصعب عزلها عن الانبعاثات الأمامية، وتداخل الترددات الراديوية من صنع الإنسان، والتأثيرات الآلية.
“إن اكتشافها مباشرة باستخدام MeerKAT يُظهر أن هذه التقنية أصبحت أداة عملية لعلم الكونيات.”
رسم الخرائط مع MeerKAT
قام الفريق الذي يقف وراء هذا البحث بتحليل حوالي 96 ساعة من ملاحظات MeerKAT، ووجد إشارات من الهيدروجين يعود تاريخها إلى ما بين 4 إلى 5 مليارات سنة. ويمتد هذا الهيدروجين على مسافات تصل إلى عدة ملايين من السنين الضوئية، وهي مماثلة للمسافة بين الأرض والأرض درب التبانة ومجرة جارتنا، أندروميدا.
يمثل هذا الإنجاز خطوة إلى الأمام في فائدة رسم خرائط الهيدروجين.
وقال عضو الفريق تشاوتينغ تشين من جامعة إدنبرة في البيان: “الهيدروجين المحايد هو أحد المكونات الرئيسية لفهم كيفية تشكل المجرات وتطورها”. “من خلال رسم خرائط الكثافة، لا نحتاج إلى اكتشاف كل مجرة على حدة. وبدلاً من ذلك، يمكننا قياس الإشارة الجماعية من الهيدروجين عبر أحجام كونية كبيرة، مما يمنحنا طريقة جديدة لدراسة تطور المجرات وتوزيع المادة الأساسية في الكون.”
يمكن أن تستفيد المسوحات الكونية المستقبلية بشكل كبير من التقدم في رسم خرائط الهيدروجين. وسيكون هذا عاملاً رئيسياً عند إنشاء مرصد مصفوفة الكيلومتر المربع (SKAO)، قيد الإنشاء حاليًا في منطقة مورشيسون في غرب أستراليا ومنطقة كارو في جنوب إفريقيا.
وقالت عضوة الفريق لورا وولز من جامعة مانشستر في المملكة المتحدة في البيان: “يواصل ميركات فتح نوافذ جديدة لعلم الكونيات”. “إن حقيقة إمكانية استخلاص هذه الإشارة من عمليات الرصد التي لم تكن مصممة في الأصل لرسم خرائط كثافة الهيدروجين أمر مشجع للغاية. فهي تُظهر القيمة العلمية الهائلة لبيانات MeerKAT وتشير إلى الطريق إلى عمليات الرصد المستقبلية باستخدام SKAO.”
سيركز الفريق الآن على جمع المزيد من الملاحظات باستخدام MeerKAT التي تغطي مساحات أكبر من السماء على مدى فترات زمنية أطول. ومن المفترض أن يزود هذا علماء الفلك بخرائط هيدروجينية أكثر تفصيلاً، والتي يمكن أن تساعد بمرور الوقت في فهم كيفية تشكل أكبر الهياكل في الكون على مدار مليارات السنين.
وقال عضو الفريق ماريو جي سانتوس من جامعة ويسترن كيب بأستراليا في البيان: “كانت هذه عملية تحليل بيانات صعبة، وتتطلب فهمًا تفصيليًا لمصادر التلوث العديدة التي يمكن أن تؤثر على مثل هذا القياس الخافت”. “من اللافت للنظر بشكل خاص أن البيانات المستخدمة في هذه الدراسة تم أخذها في عام 2018، عندما كانت MeerKAT قد بدأت للتو عملياتها العلمية.
“يوجد الآن كنز غني من بيانات MeerKAT في انتظار استكشافها بهذه الطريقة.”
تم نشر بحث الفريق في عدد يوليو من مجلة رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
المصدر الأصلي: www.space.com — للاطلاع على المادة الأصلية.
