1

مدت‌ها پیش از آن‌که نخستین ستارگان بدرخشند، جهان خاموش بود. نه کهکشانی وجود داشت، نه نوری، فقط دریایی بی‌پایان از گاز هیدروژن و چیزی ناشناخته که همه‌چیز را شکل می‌داد: ماده تاریک.

اکنون، تیمی از دانشگاه تل‌آویو جسورانه گامی تازه برداشته است. آن‌ها پیش‌بینی کرده‌اند که اگر بتوانیم امواج رادیویی از آن دوران دور را بشنویم، چه شکلی خواهند داشت.

بر اساس یافته‌های آن‌ها، ماده تاریک در کیهان اولیه به صورت توده‌هایی فشرده جمع شده و گاز هیدروژن را به‌سوی خود کشیده است. همین فرایند باعث تولید امواج رادیویی‌ای شده که هنوز هم پس از میلیاردها سال می‌توانند به ما برسند.

رهبران پژوهش

این پژوهش توسط پروفسور رنان بارکانا از دانشکده فیزیک و اخترشناسی ساکلر در دانشگاه تل‌آویو هدایت شد. او همراه با دانشجوی دکتری سودیپتا سیکدر و گروهی از پژوهشگران از ژاپن، هند و بریتانیا همکاری داشته است.

چگونه ماده تاریک ساختار جهان را آغاز کرد

در آغاز، گاز هیدروژن سراسر جهان جوان را پر کرده بود. زمانی که ماده تاریک نیروی گرانش خود را بر این گاز اعمال کرد، سیگنال‌های رادیویی بسیار ضعیفی آزاد شد. کشف این امواج می‌تواند داستان آغاز شکل‌گیری ساختارهای کیهانی را بازگو کند.

چالش‌های رصد امواج باستانی

مشکل اینجاست که جو زمین اجازه عبور چنین سیگنال‌های ضعیفی را نمی‌دهد و تداخل‌های رادیویی امروزی اوضاع را بدتر می‌کند. آنتن‌های معمولی قادر به دریافت این امواج نیستند. تنها راه، دور شدن از این «نویز» است.

ماه؛ سکوتی مناسب برای شنیدن جهان

به همین دلیل نگاه دانشمندان به سوی ماه دوخته شده است؛ جایی که نه جوی دارد و نه تداخل امواج. محیطی بی‌نهایت ساکت و مناسب برای شنیدن. ساخت تلسکوپ در آن‌جا دشوار است، اما با توجه به برنامه‌های فضایی کنونی، زمانش شاید رسیده باشد.

آژانس‌های فضایی ایالات متحده، چین، هند و اروپا همگی در تلاش‌اند اهداف علمی معناداری برای مأموریت‌های قمری خود بیابند، و یک تلسکوپ رادیویی قمری می‌تواند پاسخی شایسته باشد.

در جستجوی ماده تاریک در سراسر کیهان

«تلسکوپ جیمز وب اخیراً کهکشان‌هایی بسیار دور را کشف کرده که نورشان از ۳۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ به ما رسیده است. اما پژوهش جدید ما دوران بسیار اولیه‌تر و مرموزتری را بررسی می‌کند؛ دوران تاریکی کیهانی، فقط ۱۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ»، پروفسور بارکانا توضیح می‌دهد.

او می‌افزاید: «شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان می‌دهند که ماده تاریک در سراسر جهان به شکل توده‌هایی متراکم درمی‌آمده که بعدها بذر نخستین ستارگان و کهکشان‌ها را تشکیل داده‌اند. اندازه این توده‌ها به ویژگی‌های ناشناخته ماده تاریک بستگی دارد، و مطالعه آن‌ها می‌تواند این راز را روشن‌تر کند.»

گاز هیدروژن به دام‌افتاده در میان این توده‌ها شروع به تابش ضعیف امواج رادیویی کرده است؛ نشانه‌ای که شاید هنوز قابل ردیابی باشد.

پروفسور بارکانا می‌گوید: «این توده‌های ماده تاریک موجب شدند گاز هیدروژن امواج رادیویی قوی‌تری منتشر کند. اثر تجمعی این پدیده، ممکن است با آنتن‌هایی که شدت متوسط امواج رادیویی آسمان را اندازه‌گیری می‌کنند، قابل تشخیص باشد.»

چنین شبیه‌سازی‌هایی نوید یافته‌ای خارق‌العاده را می‌دهند: امواج رادیویی از «دوران تاریک» می‌توانند نشان دهند که ماده نامرئی چگونه زیربنای کهکشان‌ها را ساخت. هر سیگنال به‌تنهایی ضعیف است، اما در مجموع روایتی از نخستین فصل تاریخ کیهان را بازمی‌گوید.

وقتی ماده تاریک ستارگان را شکل داد

پس از دوران تاریکی، «سپیده‌دم کیهانی» آغاز شد. نخستین ستارگان درخشیدند و همه‌چیز تغییر کرد. نور آن‌ها گاز اطراف را گرم‌تر و تابش رادیویی را پرنورتر کرد.

این سیگنال‌های بعدی شاید از زمین راحت‌تر دیده شوند، اما تفسیرشان دشوارتر است چون فرایندهای شکل‌گیری ستارگان، متغیرهای تازه‌ای وارد معادله کردند.

آینده‌ی رادیو اخترشناسی

برای رمزگشایی این پدیده‌ها، اخترشناسان پروژه‌هایی عظیم در دست اجرا دارند. «آرایه کیلومتر مربعی» (SKA) که اکنون در استرالیا ساخته می‌شود، با ۸۰٬۰۰۰ آنتن آسمان را اسکن خواهد کرد.

پروفسور بارکانا از اعضای کلیدی این پروژه جهانی است. هدف آن نقشه‌برداری از تغییرات بسیار کوچک در شدت امواج رادیویی است تا مشخص شود ماده تاریک در گذشته کجاها تجمع یافته و چگونه ساختار کیهانی امروز را پدید آورده است.

دیدن تاریکی؛ نگاهی نو به جهان

ماده تاریک بیشتر جرم جهان را تشکیل می‌دهد، اما نوری از خود ساطع یا بازتاب نمی‌کند. تنها نیروی گرانش آن است که کهکشان‌ها و خوشه‌ها را در کنار هم نگاه می‌دارد.

مطالعه این پدیده دشوار است چون همیشه با ماده قابل مشاهده درهم‌تنیده است. اما در دوران اولیه، جهان آزمایشگاهی طبیعی بود که در آن ماده تاریک به‌تنهایی عمل می‌کرد. به همین دلیل، این پیش‌بینی‌ها فرصت بی‌نظیری برای بررسی ویژگی‌های آن فراهم می‌کنند.

گوش دادن به امواج رادیویی باستانی شاید سرانجام آشکار کند که این ماده گریزان از چه ساخته شده است.

شنیدن زمزمه‌های کیهان

«همان‌طور که ایستگاه‌های رادیویی قدیمی جای خود را به فناوری‌های نو داده‌اند، اخترشناسان نیز مرزهای رادیو اخترشناسی را گسترش می‌دهند. هرگاه پنجره تازه‌ای به آسمان گشوده می‌شود، کشفی شگفت‌انگیز در انتظار است»، پروفسور بارکانا می‌گوید.

او ادامه می‌دهد: «جام مقدس فیزیک، کشف ویژگی‌های ماده تاریک است؛ ماده‌ای مرموز که می‌دانیم بخش اعظم جرم جهان را تشکیل می‌دهد، اما هنوز از ماهیت آن آگاهی کمی داریم. بنابراین طبیعی است که اخترشناسان مشتاق شنیدن امواج رادیویی کیهان اولیه باشند.»

تنظیم و شنیدن این سیگنال‌های کم‌نور می‌تواند انقلابی در اخترشناسی به‌پا کند. به‌جای دیدن جهان، ما آن را می‌شنویم — و ردپای چگونگی زایش نور از دل تاریکی را دنبال می‌کنیم.

مطالعه جدید دانشگاه تل‌آویو نشان می‌دهد که حتی سکوت هم می‌تواند پاسخ‌هایی در خود داشته باشد. در فاصله میان ستارگان، جهان هنوز در حال زمزمه اسرار نخستین خود است.

منبع: نشریه Nature Astronomy

اعتبار تصویر: NASA