احتمالاً رد اولین ستاره‌های جهان را یافته‌ایم

گروهی کوچک از ستاره‌شناسان، با استفاده از گیرنده‌های رادیویی به اندازه‌ی میز قهوه‌خوری، سپیده‌دم کیهان را به نظاره نشستند؛ یعنی زمانی به اندازه‌ی میلیاردها سال پیش که اولین ستاره‌های جهان شروع به درخشش کردند. این مشاهدات، همچنین شواهدی شگفت‌انگیز فراهم می‌آورد که ذرات ماده‌ی تاریک –چیزی نامعلوم که اکثر ماده‌ی عالم را تشکیل داده است- شاید بدیهی‌تر از چیزی باشد که فیزیک‌دان‌ها فکر می‌کنند.

اگر تأیید شود، این نتایج می‌تواند تصویر کیهان‌شناسان را از جهان اولیه دقیق‌تر نموده و جستجوها را برای ماده‌ی تاریک متحول کند. “این قرار است یک عالمه توجه به سمت خود جلب کند”، Kevork Abazajian، کیهان‌شناس نظری در دانشگاه کالیفرنیا نظرش چنین است. با این حال بقیه از این نگرانند که شاید سیگنال رادیویی نامحسوس این محققان، چیزی جز یک اشتباه نباشد.

این اطلاعات مربوط به آزمایش شناسایی آثار دوران جهانی ری‌یونیزاسیون (EDGES) می‌باشد. این آرایش دو میلیون دلاری از سه آنتن رادیویی در غرب استرالیا، پنج محقق بالای سرش است که دنبال علامت‌هایی از اتم‌های هیدروژنی هستند که در جهان تازه‌متولد، پخش شدند و ریزموج‌های دیرپا را از زمان بیگ‌بنگ جذب کردند.

این جذب، یعنی دقیقاً زمانی که اولین ستاره‌ها متولد شدند. قبل از آن لحظه، وضعیت داخلی اتم‌ها با ریزموج‌ها در تعادل بود، و به همان اندازه که تابش جذب کرده بودند، تشعشع داشتند. ولی نور اولین ستاره‌ها، قسمت‌های داخلی اتم‌ها را به بیرون پرت کردند. این اتفاق تعادل را به هم زد و اتم‌ها را قادر ساخت تا بیشتر از چیزی که تابش می‌کنند، ریزموج جذب کنند.

این بسط عالم، طول موج سیگنال جذب شده را از ۲۱ سانتی‌متر اصلی، به طول موج امواج رادیویی گسترش داد. با این حال، نویز پرتو کهکشان ما ۳۰ هزار برابر فشرده‌تر است. برای تفریق این، محققان EDGES به طیف صاف و دقیقاً قابل پیش‌بینی نویز اتکا کردند. آن‌ها، این هفته در Nature گزارش کردند که سیگنال ریز جذب ابر هیدروژنی را که مربوط به ۱۸۰ تا ۲۵۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ است، شناسایی نموده‌اند.

این با قدمت‌ترین چیزی است که دانشمندان بین تابش زمینه‌ی کیهانی (۳۸۰ هزار سال پس از بیگ‌بنگ)، و قدیمی‌تری کهکشان شناخته شده که ۴۰۰ میلیون سال با آن فاصله دارد، کشف کرده‌اند. Judd Bowman، اخترفیزیک‌دان تجربی دانشگاه ایالت آریزونا و سرپرست EDGES می‌گوید:

این واقعاً تنها کاوش ممکن ما قبل از ستاره‌هاست که داریم.

نهایتاً، دانشمندان امیدوارند با استفاده از این سیگنال جذب یا تابش ضعیف پرتوتابی ۲۱ سانتی‌متری ابرهای گازی، نقشه‌ی سه‌بعدی توزیع هیدروژن را در طول این دوران به اصطلاح تاریک کیهانی به‌دست آورند و تکامل آن را به طرف کهکشان‌های تازه‌متولد ردیابی کنند.

این جذب دو برابر قوی‌تر از چیزی است که پیش‌بینی می‌شد؛ یعنی هیدروژن سردتر از چیزی بوده که فکر می‌کردیم. این گاز باید سردتر هم شده باشد، و تنها چیز سردتری که آن اطراف بوده، ماده‌ی تاریک است. ماده‌ی تاریک با این توده‌ها یکی شده و نطفه‌ی کهکشان‌ها را به وجود آورده است. این استدلال Rennan Barkana، اخترفیزیک‌دان دانشگاه تلاویو می‌باشد. بارکانا در مقاله‌ی دومی که در Nature منتشر شده ادعا می‌کند که برای سرد شدن هیدروژن، بایستی ذرات ماده‌ی تاریک تراکمی به اندازه‌ی کمتر از یک پنجم اتم‌های هیدروژن می‌داشتند. در غیر این صورت، اتم‌ها ذرات ماده‌ی تاریک را بدون از دست دادن انرژی و سرد شدن منحرف می‌کردند. درست مثل یک توپ پینگ‌پونگ که توپ بولینگ را بدون کند کردن، منحرف می‌کند.

بسیاری از تحقیقات ماده‌ی تاریک ذرات پرچگال با برهمکنش ضعیف را فرض می‌گیرند، که عموماً انتظار می‌رود صدها برابر اتم هیدروژن جرم داشته باشند. با در نظر گرفتن این که آن تحقیقات به جایی نرسیده، بعضی از فیزیک‌دان‌ها شروع به جستجوی ذرات سبک‌تر ماده‌ی تاریک کرده‌اند. نتایج جدید شاید مشوق آن‌ها باشد.

بومن با وجود این که به دقت تیمش ایمان دارد، ولی بقیه را برای تأیید یافته‌ها دعوت به تحقیق کرده است.