جهان پس از انفجار بزرگ هنوز هم یک معما محسوب می‌شود و راه دست‌ یافتن به اسرار جهان اولیه، استفاده از امواج رادیویی است.

جهان تا حدود ۴۰۰ هزار سال پس از آغاز (انفجار بزرگ)، کاملا تاریک بود. هیچ ستاره یا کهکشانی وجود نداشت و جهان کاملا از گاز هیدروژن خنثی انباشته شده بود.

سپس بین ۵۰ تا ۱۰۰ میلیون سال بعد، قسمت‌ها‌ی چگال‌تر گاز هیدروژن توسط نیروی گرانش به‌ هم ملحق شدند و در بعضی مکان‌ها، اولین ستاره‌ها شکل گرفتند.

ستاره‌ها‌ی اولیه چگونه بودند؟ چگونه بر دیگر نقاط جهان تأثیر گذاشتند؟ سؤلاتی از این قبیل سال‌ها است در اندیشه‌ی منجمان و اختر‌فیزیکدانان می‌گذرد.

اکنون پس از ۱۲ سال تحقیق و آزمایش، تیمی از دانشمندان به سرپرستی مؤسسه‌ی فضا و زمین‌شناسی ASU به رهبری جاد بومن، نشانه‌ها‌یی از اولین ستاره‌ها‌ی جهان را یافته‌اند. در این پژوهش، دانشمندان توانستند با استفاده از سیگنال‌ها‌ی رادیویی، اولین نشانه‌ها‌ی قدیمی‌ترین اجداد ما در شجره‌نامه‌ی کیهانی را بیابند. ستاره‌ها‌ی مورد نظر، حدود ۱۸۰ میلیون سال پس از آغاز جهان تشکیل شده‌اند.

 پیتر کورزینسکی، یکی از حامیان پروژه و رئیس مؤسسه‌ی ملی علوم، می‌گوید:

در این پژوهش یک مشکل تکنیکی و اساسی وجود داشت؛ وجود منابع مختل‌کننده و مزاحم. سیگنال دریافت‌شده از برخی از این منابع، بسیار شدید‌تر از سیگنال‌ها‌ی اصلی مورد توجه ما هستند. دقیقا شبیه این است که در یک طوفان شدید گیر افتاده باشید و بخواهید صدای بال زدن یک مگس را بشنوید. دانشمندانی که روی این پروژه کار کردند، با آنتن رادیویی خود در یک بیابان وسیع، اطلاعات بسیار بیش‌تری نسبت به تلسکوپ‌ها‌ی فضایی به‌ دست آوردند و پنجره‌ی جدیدی رو به جهان گذشته باز کردند.

نجوم رادیویی

تیم بومن برای دست‌یابی به نشانه‌ها‌یی از جهان اولیه، از یک دستگاه زمینی به‌ نام طیف‌سنج رادیویی واقع در سازمان ملی علوم استرالیا (CSIRO) استفاده کردند. افراد تیم پژوهشی به‌منظور آشکار‌سازی نشانه‌ها، طیف متوسط تمامی سیگنال‌ها‌ی نجومی مربوط به آسمان نیم‌کره‌ی جنوبی را اندازه‌گیری کردند و تغییرات توان را بر حسب طول‌ موج یا فرکانس، ترسیم کردند.

هم‌زمان با دریافت امواج رادیویی توسط گیرنده‌ی زمینی، این امواج، تقویت می‌شوند و توسط کامپیوتر به‌صورت دیجیتال در‌می‌آیند. این کار، شبیه عملکرد رادیو‌ها‌ی FM و گیرنده‌ها‌ی تلویزیونی است. تفاوت این سیستم با رادیو و تلویزیون‌ها‌ی معمولی در کالیبره شدن دقیق و طراحی آن است. این سیستم برای دریافت تمامی طول‌موج‌ها‌ی رادیویی طراحی شده است.

سیگنال‌ها‌ی دریافت‌شده توسط این آنتن، به گاز هیدروژنی مربوط است که در جهان اولیه، فاصله‌ی بین ستاره‌ها‌ی اولیه را پر کرده بود. این سیگنال‌ها دریچه‌ی مهمی رو به بررسی چگونگی تشکیل اولین ستاره‌ها، سیاهچاله‌ها و کهکشان‌ها و چگونگی گسترش و تحول آن‌ها گشوده است.

بومن می‌گوید:

بعید است بتوانیم در مدت زندگی کوتاه خودمان به تاریخ قبل از ستارگان اولیه باز‌گردیم. این پروژه راه را برای پژوهش‌ها‌ی دهه‌ها‌ی بعد باز می‌کند و امید به اینکه بتوان از ابتدای خلقت مطلع شد، گسترش می‌دهد.

نتایج این پژوهش به‌تازگی توسط بومن در Nature منتشر شده است. همکاران بومن در این پروژه الن روگرز از مؤسسه‌ی تکنولوژی ماساچوست، آزمایشگاه هایستک، راول مانسلو از دانشگاه کلورادو و توماس مازدزن و نیودیتا ماهیش از مؤسسه‌ی فضا و زمین‌شناسی ASU هستند.

نتایج غیر‌ منتظره

نتایج حاصل از پژوهش و مشاهادات انجام‌شده، انتظارات نظری از تشکیل اولین ستاره‌ها و ویژگی‌ها‌ی آن‌ها را برآورده می‌کند.

 روگرز از MIT، می‌گوید:

اتفاق در حال وقوع است که تابش ستاره‌ها‌ی اولیه، به هیدروژن اجازه‌ی دیده‌ شدن می‌دهد. در واقع، هیدروژن برخی از این تابش‌ها‌ی زمینه را جذب کرده و خودش فرکانس‌ها‌ی خاصی را تابش کرده است که ما آن‌‌ها را مشاهده می‌کنیم. این‌ها اولین سیگنال‌ها‌یی هستند که با محیط اطراف و مواد تشکیل‌دهنده‌ی آن بر‌هم‌کنش دارند.

در سال ۲۰۱۵ اعضای این تیم تحقیقاتی تصمیم گرفتند مشاهدات خود را گسترش دهند و دستگاه خود را برای مشاهده و بررسی زمان‌ها‌ی قبل‌تر تنظیم کردند. روگرز می‌گوید:

هم‌زمان با تغییر سیستم دریافت فرکانس به بازه‌ی فرکانسی کم‌تر، مشاهداتی داشتیم که حدس می‌زدیم باید سیگنال‌ها‌ی درست باشند. در این زمان فرکانس مورد نظر ۷۸ مگا‌هرتز را بسیار قوی‌تر از گذشته دریافت کردیم و توانستیم به اطمینان برسیم که این فرکانس به ۱۸۰ میلیون سال پیش مربوط است. از آنجایی که این سیگنال مربوط به گاز هیدروژن است، قدیمی‌ترین سیگنال مشاهده‌شده تا به حال محسوب می‌شود.

همچنین این پژوهش نشان داد که دما‌ی گاز در جهان، بسیار از میزان انتظار کم‌تر است (حدودا کم‌تر از نصف میزان انتظار). این موضوع می‌تواند نشان بدهد که برخی از تئوری‌ها‌ی اختر‌فیزیکدانان درست است یا فیزیک غیر استانداردی وجود دارد. از جمله تئوری رنان بارکانا که بیان می‌کند: «در جهان اولیه، باریون‌ها (ماده‌ی معمولی) می‌توانند با ماده‌ی تاریک بر‌هم‌کنش داشته باشند و کم‌کم انرژی خود را از دست بدهند و به ماده‌ی تاریک تبدیل شوند.»

بومن می‌گوید:

اگر تئوری بارکانا تأیید شود، اطلاعات زیادی در مورد ماده‌ی تاریک که ۸۵ درصد کل عالم ما را تشکیل می‌دهد به دست خواهیم آورد و اولین قدم فرا‌تر از مدل استاندارد فیزیک را بر‌خواهیم داشت.

قدم بعدی در این راه، ساخت دستگاه جدیدی است که یافته‌ها‌ی این تیم را تأیید کند و امکانات دستگاه را ارتقاء دهد تا بتوانیم اطلاعات بیش‌تری در مورد جهان و ستارگان اولیه به‌ دست آوریم. بومن می‌گوید:

ما در دو سال گذشته برای ارتقاء سیستم خود تلاش بسیاری کرده‌ایم؛ اما تأیید مشاهدات ما از طرف یک تیم مستقل دیگر، کاملا ضروری است. زمانی که وجود سیگنال تأیید شود، باید به دنبال رادیوتلسکوپ‌ها‌ی پیشرفته‌تر برای مشاهدات بهتر باشیم.