یک درخشش ضعیف از کیهان اولیه می تواند به حل معمای انرژی تاریک کمک کند

هیدروژن ممکن است رایج ترین عنصر در کیهان باشد، اما دانشمندان می توانند از آن برای انجام کاری منحصر به فرد استفاده کنند: کشف ماهیت انرژی تاریک، نیروی اسرارآمیز که انبساط پرشتاب جهان را به حرکت در می آورد.

این خط جدید تحقیقات انرژی تاریک از این واقعیت ناشی می‌شود که محققان به این نتیجه رسیده‌اند که پروژه CHIME (آزمایش نقشه‌برداری شدت هیدروژن کانادا) می‌تواند درخشش رادیویی ضعیف هیدروژن را از گذشته دور جهان تشخیص دهد.

این نه تنها یک راه سریعتر و کم هزینه تر برای بررسی انرژی تاریک است، بلکه نقطه عطفی برای CHIME است. این ابزار به طور خاص برای بررسی انرژی تاریک و نفوذ فراگیر آن ابداع شد. مارک هالپرن، محقق اصلی CHIME از دانشگاه بریتیش کلمبیا در بیانیه‌ای گفت: «این یک تکنیک کاملا جدید برای کاوش کیهان است که توسط ابزاری که توسط کانادایی‌ها طراحی و ساخته شده است، ارائه می‌شود.» "این یک گام جدید جسورانه در برنامه جهانی کیهان شناسی و یک داستان موفقیت کانادایی است."

چرا انرژی تاریک اینقدر مشکل ساز است؟

انرژی تاریک نیروی مرموزی است که به انبساط کیهان سرعت می بخشد. برای دانشمندان بسیار مشکل ساز است، زیرا تنها پس از توقف انبساط ناشی از انفجار بزرگ، روی بافت فضا شروع به کار کرد.

این شبیه به هل دادن کودک روی تاب، تماشای توقف آن، و سپس دیدن تاب دوباره بدون فشار است. و نه تنها این، بلکه نوسان سریعتر و سریعتر شروع به نوسان می کند. دانشمندانی را در نظر بگیرید که شبیه به والدین بسیار نگران هستند، که واقعا دوست دارند بدانند این فشار شبح‌آمیز از کجا آمده است و چگونه قرار است ادامه یابد.

همانطور که، اگر فشار روی تاب ادامه یابد، کودک می‌تواند در بوته‌ها یا در مدار قرار بگیرد، تقویت انرژی تاریک می‌تواند منجر به مرگ سرد کیهان یا حتی یک سناریوی «شکاف بزرگ» شود که فضا را خرد می‌کند. از طرف دیگر، اگر تضعیف شود و به گرانش اجازه دهد تا تسلط خود را مجددا تثبیت کند، در آن صورت جهان می تواند دوباره به درون خود فرو بریزد، و در نتیجه پایانی به "خراش بزرگ" می رسد که کیهان را دوباره به صورت تکینگی فشرده می بیند، همانطور که در آغاز زمان بود.

انرژی تاریک اکنون عنصر غالب جهان است و 68 درصد از بودجه ماده-انرژی جهان را تشکیل می دهد. جای تعجب نیست که دانشمندان بسیار مشتاقند بدانند این نیروی مرموز چیست.

بودجه ماده-انرژی جهان که تسلط انرژی تاریک را نشان می دهد (اعتبار تصویر: رابرت لی (ساخته شده با Canva)) بنابراین چگونه هیدروژن می تواند به بررسی انرژی تاریک کمک کند؟

آرناب چاکرابورتی از دانشگاه تورنتو گفت: «هیدروژن رایج‌ترین عنصر در جهان و ماده خامی است که ستاره‌ها از آن تشکیل می‌شوند.» گسیل رادیویی ضعیف آن مانند یک ردیاب کیهانی عمل می کند و نحوه توزیع ماده در فضا را آشکار می کند.

پیش از این، CHIME می‌توانست توزیع هیدروژن را در کیهان اولیه ترسیم کند، اما تنها با همبستگی متقابل مشاهدات خود با داده‌های بررسی کهکشان‌ها از تلسکوپ‌های دیگر، عملیاتی که میلیون‌ها دلار هزینه دارد و تنها می‌تواند بر مناطقی از جهان متمرکز شود که به اندازه کافی چگالی برای تشکیل ستاره‌ها دارند. CHIME اکنون نشان داده است که می تواند به تنهایی درخشش رادیویی هیدروژن را ترسیم کند.

در واقع، تیم قبلا با استفاده از بخش کوچکی از داده‌های CHIME موجود، قدم‌هایی را در این مسیر آغاز کرده است. آنها با استفاده از 94 شب رصد از سال 2019، سیگنال هیدروژنی را از زمانی که کیهان تنها 5 میلیارد سال سن داشت، شناسایی کردند.

Shabbir Shaikh عضو تیم از دانشگاه ایالتی آریزونا گفت: "داده های ما نشان می دهد که تقریبا 2٪ از هیدروژن موجود در جهان در این زمان به شکل اتمی خنثی بود که به طور کلی با اندازه گیری های دیگر مطابقت دارد." با اندازه‌گیری نحوه توزیع و خوشه‌بندی هیدروژن، CHIME راه جدیدی را برای آزمایش درک خود از نحوه شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها به ما می‌دهد.»

CHIME اکنون هفت سال داده جمع آوری کرده است و با استفاده از آن، تیم امیدوار است که توزیع هیدروژن را تا 3 میلیارد سال پس از انفجار بزرگ بررسی کند.

تحقیقات این تیم در دو مقاله در مجله Astrophysical منتشر شد.