شنیدن صدای تولد ستاره‌ها از اعماق تاریکی

خبرآنلاین: طبق گفته دانشمندان در حال حاضر فرصت بی‌نظیری برای درک چگونگی پدید آمدن نخستین نورهای کیهان از دل تاریکی برایشان فراهم‌شده است.

همان‌قدر که رمز و رازهای زیادی درباره Big Bang (مه‌بانگ یا انفجار بزرگ) وجود دارد، دوره کوتاه اما پرآشوبی که بلافاصله پس‌ازآن روی داد نیز همچنان در مملو از ابهام است. دانشمندان هنوز به‌طور دقیق نمی‌دانند که کیهان چگونه از یک دریای یکنواخت و تاریک به گردبادی آشفته و پر از ستاره‌های درخشان تبدیل شد؟ نخستین ستاره‌ها چه ویژگی‌هایی داشتند و چگونه متولد شدند؟

تا امروز گمانه‌زنی‌های متعددی در این راستا وجود داشته که هنوز هیچ‌یک نتوانسته پاسخی قطعی برای این سؤالات ارائه کند. شاید یکی از دلایلی که هنوز نتوانسته‌ایم به جواب این پرسش‌ها برسیم، کم‌نور بودن شدید این دوره است (دوره‌ای که تحت عنوان "سپیده‌دم کیهانی" شناخته می‌شود) ؛ چرا که همین موضوع باعث می‌شود تا استنباط ویژگی‌های اجرام اولیه کیهان بسیار دشوار و رصد مستقیم آن‌ها تقریباً غیرممکن باشد.

سیگنال ۲۱ سانتی‌متری رمزگشا

البته حالا و طبق گفته تیمی از اخترشناسان بین‌المللی، این وضعیت در آستانه تغییر است. در مطالعه جدیدی که در نشریه Nature Astronomy منتشرشده، محققان استدلال می‌کنند که ما به آستانه رمزگشایی از یک سیگنال رادیویی بسیار قدیمی نزدیک شده‌ایم؛ سیگنالی که تنها ۱۰۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ منتشرشده است.

این سیگنال که به نام سیگنال ۲۱ سانتی‌متری شناخته می‌شود (نامش اشاره به طول‌موج مشخص آن دارد)، در دوره‌ای منتشرشده که کیهان اولیه در حال زایش نخستین ستاره‌ها و سیاه‌چاله‌ها بوده است.

آناستازیا فیالکوف، اخترشناس دانشگاه کمبریج و یکی از نویسنده‌های این مطالعه، درباره این تحقیق گفت: «این فرصت منحصربه‌فردی است تا بتوانیم متوجه شویم که نور نخستین جهان چگونه از دل تاریکی سر برآورده است. گذار از جهانی سرد و تاریک به جهانی سرشار از ستاره‌ها، داستانی است که ما تازه در آغاز فهم آن هستیم.»

چند صد هزار سال پس از انفجار بزرگ و پس از دوره‌ای از سرد شدن، اولین اتم‌های جهان عمدتاً از هیدروژن خنثی (شامل یک پروتون با بار مثبت و یک الکترون با بار منفی) شکل گرفتند.

اما شکل‌گیری نخستین ستاره‌ها، این توازن را برهم زد. با فعال شدن این راکتورهای کیهانی، نوری از آن‌ها ساطع شد که آن‌قدر پرانرژی بود که مجدداً این هیدروژن‌های خنثی غالب را یونیزه کرد. در این فرآیند، آن‌ها فوتون‌هایی منتشر کردند که نوری در طول‌موج مشخص ۲۱ سانتی‌متر تولید کردند و حالا به‌عنوان نشانه انکارناپذیری از زمان شکل‌گیری نخستین ساختارهای کیهانی شناخته می‌شود. رمزگشایی از این تابش‌ها به‌منزله کلیدی برای باز کردن درهای دوره طلوع کیهان به شمار می‌رود.

توسعه مدلی برای رمزگشایی

حالا پژوهشگران با استفاده از تلسکوپ "آزمایش رادیویی برای تحلیل هیدروژن کیهانی" که در حال حاضر در حال کالیبره شدن است و همچنین آرایه عظیم Square Kilometer Array که در استرالیا در حال ساخت است، مشغول توسعه مدلی هستند که می‌تواند جرم اولین ستاره‌ها (که گاهی به‌عنوان ستاره‌های نسل سوم شناخته می‌شوند) را از دل سیگنال ۲۱ سانتی‌متری استخراج کند.

پژوهشگران در روند توسعه این مدل کشف کردند که تا پیش‌ازاین، اخترشناسان تأثیر سامانه‌های ستاره‌ای موسوم به "دوگانه‌های پرتوی ایکس" را به‌درستی لحاظ نکرده بودند. این‌ها سامانه‌هایی هستند که در آن‌ها یک سیاه‌چاله یا ستاره نوترونی، در حال ربودن ماده از یک ستاره معمولی در مدار خود است و در این فرآیند نوری در طیف پرتوی ایکس تولید می‌شود.

به‌طور خلاصه به نظر می‌رسد که این سامانه‌های پرتوی ایکس، روشن‌تر و پرشمارتر از چیزی هستند که پیش‌تر تصور می‌شد. فیالکوف دراین‌باره گفت: «ما اولین گروهی هستیم که وابستگی سیگنال ۲۱ سانتی‌متری به جرم نخستین ستاره‌ها را به‌صورت منسجم مدل‌سازی کرده‌ایم؛ ازجمله تأثیر نور فرابنفش ستاره‌ای و تابش پرتوی ایکس از سامانه‌های پرتوی ایکس که در زمان مرگ نخستین ستاره‌ها شکل می‌گیرند. این یافته‌ها حاصل شبیه‌سازی‌هایی هستند که شرایط آغازین کیهان (ازجمله ترکیب هیدروژن-هلیوم حاصل از مه‌بانگ) را در نظر می‌گیرند.»

درمجموع، این مطالعه گام امیدبخش دیگری در حوزه اخترشناسی رادیویی به شمار می‌رود؛ حوزه‌ای که با پیشرفت‌های اخیر، به کشف جهانی کاملاً تازه به نام"جهان با درخشندگی سطحی پایین" منجر شده است. جهانی که می‌تواند به‌طور بالقوه درک ما از سپیده‌دم کیهانی را به سطح بی‌سابقه‌ای ارتقا دهد.

الوِی د لرا آسدو، اخترشناس کمبریج و یکی از محققان اصلی تلسکوپ REACH دراین‌باره توضیح داد: «پیش‌بینی‌هایی که ما ارائه داده‌ایم، پیامدهای عظیمی در مسیر درک ماهیت نخستین ستارگان در جهان دارند. ما شواهدی را ارائه کرده‌ایم که نشان می‌دهد تلسکوپ‌های رادیویی ما قادرند جزئیاتی درباره جرم این ستارگان اولیه ارائه دهند و درعین‌حال مشخص شد که این نورهای اولیه ممکن است با ستاره‌های امروزی تفاوت‌های چشمگیری داشته باشند.»