علماء يكتشفون إشارات قديمة للهيدروجين تعود لمليارات السنين ودلالاتها

استخدم علماء الفلك التلسكوب الراديوي “MeerKAT” لرصد غاز الهيدروجين على بعد مليارات السنين الضوئية من الأرض، في حقبة كان فيها عمر الكون أصغر بمليارات السنين مقارنة بالعمر الحالي البالغ 13.8 مليار سنة، ويمنح هذا البحث علماء الفلك طريقة جديدة لرسم خريطة للبنية الواسعة النطاق للكون من خلال تحديد مواقع الهيدروجين، وهو أخف العناصر وأكثرها وفرة في الكون، عبر الفضاء بأسلوب يعرف برسم خرائط كثافة الهيدروجين.

يصدر الهيدروجين المتعادل إشارة راديوية ضعيفة يسمّيها علماء الفلك “خط 21 سنتيمترًا”، ومع تمدد الكون بسبب الطاقة المظلمة، يتمدد الطول الموجي لهذه الإشارة أو يتعرض لانزياح أحمر، وتسمح الدرجة التي يصل إليها هذا الانزياح الأحمر لعلماء الفلك بتحديد الوقت الذي استغرقت فيه الإشارة للوصول إلينا وبالتالي معرفة الفترة التي كان فيها الهيدروجين موجودًا في الكون.

وباستخدام خط 21 سنتيمترًا، يمكن لعلماء الفلك رسم خرائط كثافة الهيدروجين وتتبع الانبعاثات الراديوية من مجرات لم تكن مرئية من قبل وبناء صورة ثلاثية الأبعاد لأكبر الهياكل في الكون، لكن حتى الآن كانت هذه التقنية تعتمد على دمج ملاحظات موجات الراديو مع بيانات من مسوحات المجرات التي تستخدم الضوء المرئي أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تطورت أعيننا لرؤيته.

يختلف البحث الجديد من خلال بناء خريطة لكثافة الهيدروجين باستخدام موجات الراديو التي رصدها تلسكوب “MeerKAT” المكون من 64 هوائيًا في متنزه Meerkat الوطني بمنطقة كيب الشمالية في جنوب أفريقيا، وصرح سورابه بول، قائد فريق البحث بأن هذه خطوة مهمة ومثيرة لأن رسم خرائط كثافة الهيدروجين طالما اعتُبر وسيلة واعدة لرسم خريطة للكون بدقة، لكن الإشارة كانت خافتة ومن الصعب عزلها عن الانبعاثات الأمامية والتداخلات الراديوية الناتجة عن النشاط البشري والأجهزة، وإثبات اكتشافها بشكل مباشر باستخدام MeerKAT يظهر أن هذه التقنية أصبحت أداة عملية في علم الكونيات.

حلل الفريق نحو 96 ساعة من عمليات الرصد التي أجراها “MeerKAT” وتمكن من رصد إشارات الهيدروجين التي تعود إلى فترة بين 4 و5 مليارات سنة ولها امتداد عبر مسافات تبلغ ملايين السنين الضوئية، وهي المسافة التي تفصل بين مجرتنا درب التبانة ومجرة أندروميدا المجاورة، ويُعد هذا الإنجاز خطوة متقدمة في استخدام خرائط الهيدروجين، حيث ذكر تشاوتينج تشين عضو الفريق من جامعة إدنبرة أن الهيدروجين المتعادل يعتبر مكونًا رئيسيًا لفهم تشكيل وتطور المجرات، ومن خلال رسم الخرائط الجماعية لكثافة الهيدروجين يمكن قياس الإشارة الخاصة به عبر مناطق كونية كبيرة دون الحاجة لاكتشاف كل مجرة على حدة، ما يفتح بابًا جديدًا لدراسة تطور المجرات وتوزيع المادة الأساسية في الكون.

يمكن أن تستفيد عمليات المسح الكوني المستقبلية من هذا التقدم في رسم خرائط الهيدروجين، خصوصًا مع مرصد “Square Kilometre Array Observatory” المعروف بـ SKAO الذي يُبنى حاليًا في مورشيسون بغرب أستراليا ومناطق في جنوب أفريقيا، وأكدت لورا وولز عضو الفريق من جامعة مانشستر في المملكة المتحدة أن MeerKAT يفتح نوافذ جديدة أمام علم الكونيات، وفكرة استخراج إشارة الهيدروجين من عمليات رصد لم تكن مخصصة أصلاً لرسم خرائط كثافة الهيدروجين تعكس القيمة العلمية الكبيرة لبيانات MeerKAT وتمهد الطريق لرصد أفضل باستخدام SKAO.

يسعى الفريق إلى جمع مزيد من عمليات الرصد باستخدام MeerKAT لتغطية مناطق أكبر في السماء وعلى مدى أطول من الزمن، وهو ما سيتيح في المستقبل خرائط أكثر تفصيلاً للهيدروجين يمكن أن تساعد في فهم أفضل لكيفية تشكل أكبر الهياكل في الكون عبر مليارات السنين.