ആദ്യകാല പ്രപഞ്ചത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനം: കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജനിൽ നിന്ന് 21-സെ.മീ രേഖ കണ്ടെത്താനുള്ള പരീക്ഷണം റീച്ച് ചെയ്യുക 

26 സെൻ്റീമീറ്റർ നിരീക്ഷണം റേഡിയോ കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജൻ്റെ ഹൈപ്പർഫൈൻ സംക്രമണം മൂലം രൂപംകൊണ്ട സിഗ്നലുകൾ ആദ്യകാല പഠനത്തിന് ഒരു ബദൽ ഉപകരണം വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു പ്രപഞ്ചം. ശിശുവിൻ്റെ നിഷ്പക്ഷ യുഗത്തെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം പ്രപഞ്ചം പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കാത്തപ്പോൾ, 26 സെൻ്റീമീറ്റർ ലൈനുകൾ ഒരുപക്ഷേ വിൻഡോ മാത്രമായിരിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ഇവ ചുവപ്പിച്ചു റേഡിയോ ആദ്യകാലങ്ങളിൽ കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജൻ പുറപ്പെടുവിച്ച സിഗ്നലുകൾ പ്രപഞ്ചം വളരെ ദുർബ്ബലരും ഇതുവരെ പിടികിട്ടാത്തവരുമാണ്. 2018-ൽ, EDGE പരീക്ഷണം 26 സെൻ്റീമീറ്റർ സിഗ്നലുകൾ കണ്ടെത്തിയതായി റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തു, എന്നാൽ കണ്ടെത്തലുകൾ സ്വതന്ത്രമായി സ്ഥിരീകരിക്കാൻ കഴിഞ്ഞില്ല. ഇൻസ്ട്രുമെൻ്റ് സിസ്റ്റമാറ്റിക്, ആകാശത്ത് നിന്നുള്ള മറ്റ് സിഗ്നലുകളുമായി മലിനീകരണം എന്നിവയായിരുന്നു പ്രധാന പ്രശ്നം. തടസ്സം മറികടക്കാൻ അതുല്യമായ രീതിശാസ്ത്രം അവലംബിക്കുക എന്നതാണ് റീച്ച് പരീക്ഷണം. സമീപഭാവിയിൽ ഈ അവ്യക്തമായ സിഗ്നലുകൾ കണ്ടെത്താൻ ഈ ഗവേഷണ ഗ്രൂപ്പിന് കഴിയുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. വിജയകരമാണെങ്കിൽ, റീച്ച് പരീക്ഷണം '26 സെൻ്റീമീറ്റർ റേഡിയോ ജ്യോതിശാസ്ത്രം' ആദ്യകാല പഠനത്തിൽ മുന്നിലെത്തിച്ചേക്കാം. പ്രപഞ്ചം ആദ്യകാല നിഗൂഢതകൾ അനാവരണം ചെയ്യുന്നതിൽ ഞങ്ങളെ വളരെയധികം സഹായിക്കുന്നു പ്രപഞ്ചം. 

എന്ന പഠനത്തിലേക്ക് വരുമ്പോൾ ആദ്യകാല പ്രപഞ്ചം, അടുത്തിടെ സമാരംഭിച്ചതിൻ്റെ പേര് ജെയിംസ് വെബ് ബഹിരാകാശ ദൂരദർശിനി (JWST) നമ്മുടെ മനസ്സിൽ തെളിയുന്നു. JWST, വൻ വിജയത്തിൻ്റെ പിൻഗാമി ഹബിൾ ദൂരദർശിനി, a ഇടം-അധിഷ്ഠിത, ഇൻഫ്രാറെഡ് നിരീക്ഷണാലയം രൂപപ്പെട്ട ആദ്യകാല നക്ഷത്രങ്ങളിൽ നിന്നും ഗാലക്സികളിൽ നിന്നും ഒപ്റ്റിക്കൽ / ഇൻഫ്രാറെഡ് സിഗ്നലുകൾ പിടിച്ചെടുക്കാൻ സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. പ്രപഞ്ചം മഹാവിസ്ഫോടനത്തിന് തൊട്ടുപിന്നാലെ¹. എന്നിരുന്നാലും, JWST എന്ന നിഷ്പക്ഷ യുഗത്തിൽ നിന്ന് സിഗ്നലുകൾ എടുക്കുന്നതിന് ഇതുവരെ ചില പരിമിതികളുണ്ട് ആദ്യകാല പ്രപഞ്ചം ആശങ്കാകുലമാണ്.  

പട്ടിക: ചരിത്രത്തിലെ യുഗങ്ങൾ പ്രപഞ്ചം മഹാവിസ്ഫോടനം മുതൽ  

(ഉറവിടം: ഫിലോസഫി ഓഫ് കോസ്മോളജി - 21 സെ.മീ പശ്ചാത്തലം. ഇവിടെ ലഭ്യമാണ് http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

മഹാവിസ്ഫോടനത്തിന് ശേഷം 380 കി പ്രപഞ്ചം അയോണൈസ്ഡ് വാതകം നിറഞ്ഞതും പൂർണ്ണമായും അതാര്യവുമായിരുന്നു. 380k - 400 ദശലക്ഷം വർഷങ്ങൾക്കിടയിൽ, പ്രപഞ്ചം നിഷ്പക്ഷവും സുതാര്യവുമായി മാറിയിരുന്നു. മഹാവിസ്ഫോടനത്തിന് ശേഷം 400 മില്യൺ ആരംഭിച്ച ഈ ഘട്ടത്തിന് ശേഷമാണ് റീയോണൈസേഷൻ്റെ യുഗം ആരംഭിച്ചത്.  

ആദ്യകാലത്തിൻ്റെ നിഷ്പക്ഷ കാലഘട്ടത്തിൽ പ്രപഞ്ചം, എപ്പോൾ പ്രപഞ്ചം ന്യൂട്രൽ വാതകങ്ങളാൽ നിറഞ്ഞതും സുതാര്യവുമായിരുന്നു, ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നൽ പുറപ്പെടുവിച്ചിട്ടില്ല (അതിനാൽ ഇരുണ്ട യുഗം എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു). യൂണിയൻ മെറ്റീരിയൽ പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്നില്ല. ആദ്യകാല പഠനത്തിന് ഇത് ഒരു വെല്ലുവിളി ഉയർത്തുന്നു പ്രപഞ്ചം നിഷ്പക്ഷ യുഗത്തിൻ്റെ. എന്നിരുന്നാലും, ഹൈപ്പർഫൈൻ സംക്രമണത്തിൻ്റെ ഫലമായി ഈ കാലഘട്ടത്തിൽ തണുത്ത, നിഷ്പക്ഷമായ കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജൻ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന 21 സെ.മീ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള (1420 മെഗാഹെർട്സ്) മൈക്രോവേവ് വികിരണം ഗവേഷകർക്ക് അവസരങ്ങൾ നൽകുന്നു. ഈ 21 സെൻ്റീമീറ്റർ മൈക്രോവേവ് വികിരണം ഭൂമിയിൽ എത്തുമ്പോൾ ചുവപ്പ് മാറുകയും റേഡിയോ തരംഗങ്ങളായി 200MHz മുതൽ 10 MHz വരെ ആവൃത്തിയിൽ നിരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്യും.^2,3.  

21 സെ.മീ റേഡിയോ ജ്യോതിശാസ്ത്രം: 21-സെൻ്റീമീറ്റർ കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജൻ സിഗ്നലുകളുടെ നിരീക്ഷണം ആദ്യകാല പഠനത്തിന് ഒരു ബദൽ സമീപനം നൽകുന്നു പ്രപഞ്ചം പ്രത്യേകിച്ച് പ്രകാശപ്രവാഹം ഇല്ലാത്ത നിഷ്പക്ഷ യുഗ ഘട്ടത്തിൽ. കാലാകാലങ്ങളിൽ ദ്രവ്യത്തിൻ്റെ വിതരണം, ഇരുണ്ട ഊർജ്ജം, ഇരുണ്ട ദ്രവ്യം, ന്യൂട്രിനോ പിണ്ഡം, പണപ്പെരുപ്പം തുടങ്ങിയ പുതിയ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തെക്കുറിച്ചും ഇത് നമ്മെ അറിയിക്കും.².  

എന്നിരുന്നാലും, ആദ്യകാലങ്ങളിൽ കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജൻ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന 21-സെ.മീ പ്രപഞ്ചം ഘട്ടം അവ്യക്തമാണ്. ഇത് അങ്ങേയറ്റം ദുർബലമാകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു (ആകാശത്തിൽ നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന മറ്റ് റേഡിയോ സിഗ്നലുകളേക്കാൾ ഏകദേശം നൂറായിരം മടങ്ങ് ദുർബലമാണ്). തൽഫലമായി, ഈ സമീപനം ഇപ്പോഴും ശൈശവാവസ്ഥയിലാണ്.  

2018-ൽ, 78 മെഗാഹെർട്സ് ആവൃത്തിയിൽ ഇത്തരമൊരു റേഡിയോ സിഗ്നൽ കണ്ടെത്തിയതായി ഗവേഷകർ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിരുന്നു, അതിന്റെ പ്രൊഫൈൽ ആദിമ കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജൻ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന 21-സെന്റീമീറ്റർ സിഗ്നലിന്റെ പ്രതീക്ഷകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു.⁴. എന്നാൽ പ്രാഥമിക 21-സെ.മീ റേഡിയോ സിഗ്നലിന്റെ ഈ കണ്ടെത്തൽ സ്വതന്ത്രമായി സ്ഥിരീകരിക്കാൻ കഴിയാത്തതിനാൽ പരീക്ഷണത്തിന്റെ വിശ്വാസ്യത ഇതുവരെ സ്ഥാപിക്കാൻ കഴിഞ്ഞില്ല. മുൻവശത്തെ റേഡിയോ സിഗ്നലുകളുമായുള്ള മലിനീകരണമാണ് പ്രധാന പ്രശ്നം.  

ഏറ്റവും പുതിയ നാഴികക്കല്ല് 21 ജൂലൈ 2022-ന് കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജന്റെ (റീച്ച്) വിശകലനത്തിനായുള്ള റേഡിയോ പരീക്ഷണത്തിന്റെ റിപ്പോർട്ടാണ്. ഈ ദുർബലമായ കോസ്മിക് റേഡിയോ സിഗ്നലുകൾ കണ്ടെത്തുന്നതിന് റീച്ച് പുതിയ പരീക്ഷണാത്മക സമീപനം ഉപയോഗിക്കും, അങ്ങനെ 21-സെന്റീമീറ്റർ കോസ്മിക് സിഗ്നലുകളുടെ സ്ഥിരീകരണത്തിന് ഒരു പുതിയ പ്രതീക്ഷ നൽകുന്നു.  

കോസ്മിക് ഹൈഡ്രജൻ്റെ വിശകലനത്തിനായുള്ള റേഡിയോ പരീക്ഷണം (റീച്ച്) ആകാശത്ത് ശരാശരി 21 സെ.മീ. ഡാറ്റയിലെ ശേഷിക്കുന്ന സിസ്റ്റമാറ്റിക് സിഗ്നലുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഉപകരണങ്ങൾ അഭിമുഖീകരിക്കുന്ന പ്രശ്നങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിലൂടെ നിരീക്ഷണങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ ഇത് ലക്ഷ്യമിടുന്നു. ബയേസിയൻ സ്ഥിതിവിവരക്കണക്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് മുൻഭാഗങ്ങളും കോസ്മോളജിക്കൽ സിഗ്നലും ഉപയോഗിച്ച് സിസ്റ്റമാറ്റിക്സ് കണ്ടെത്തുന്നതിലും സംയുക്തമായി വിശദീകരിക്കുന്നതിലും ഇത് ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. ദി പരീക്ഷണം രണ്ട് വ്യത്യസ്‌ത ആൻ്റിനകൾ, ഒരു അൾട്രാ-വൈഡ്‌ബാൻഡ് സിസ്റ്റം (റെഡ്‌ഷിഫ്റ്റ് റേഞ്ച് ഏകദേശം 7.5 മുതൽ 28 വരെ), ഇൻ-ഫീൽഡ് അളവുകൾ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള റിസീവർ കാലിബ്രേറ്റർ എന്നിവയ്‌ക്കൊപ്പം ഒരേസമയം നിരീക്ഷണങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു.  

മികച്ച ടൂളുകളിൽ ഒന്നാകാനുള്ള അതിൻ്റെ സാധ്യത കണക്കിലെടുത്ത് ഈ വികസനം വളരെ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നു (ഒപ്പം കൂടുതൽ ചെലവ് കുറഞ്ഞതും ഇടംപോലുള്ള നിരീക്ഷണ കേന്ദ്രങ്ങൾ ജെയിംസ് വെബ്) നേരത്തെയുള്ള പഠനത്തിനായി പ്രപഞ്ചം അതുപോലെ പുതിയ അടിസ്ഥാന ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൻ്റെ കടന്നുവരവിനുള്ള സാധ്യതയും.  

*** 

അവലംബം:  

1. പ്രസാദ് യു., 2021. ജെയിംസ് വെബ് ബഹിരാകാശ ദൂരദർശിനി (JWST): ആദ്യകാല പ്രപഞ്ചത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിനായി സമർപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ആദ്യത്തെ ബഹിരാകാശ നിരീക്ഷണ കേന്ദ്രം. ശാസ്ത്രീയ യൂറോപ്യൻ. 6 നവംബർ 2021-ന് പോസ്‌റ്റുചെയ്‌തു. ഇവിടെ ലഭ്യമാണ് https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/

2. പ്രിച്ചാർഡ് ജെഎയും ലോബ് എയും., 2012. 21-ാം നൂറ്റാണ്ടിലെ 21 സെ.മീ. ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ പുരോഗതിയെക്കുറിച്ചുള്ള റിപ്പോർട്ടുകൾ 75 086901. ഇവിടെ ലഭ്യമാണ് https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv-ൽ പ്രീപ്രിന്റ് ലഭ്യമാണ് https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf പതിപ്പ്  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. ഓക്സ്ഫോർഡ് യൂണിവേഴ്സിറ്റി. പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രത്തിന്റെ തത്വശാസ്ത്രം - 21 സെന്റീമീറ്റർ പശ്ചാത്തലം. എന്ന വിലാസത്തിൽ ലഭ്യമാണ് http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. ബോമാൻ, ജെ., റോജേഴ്സ്, എ., മോൺസാൽവ്, ആർ. എറ്റ്. ആകാശ-ശരാശരി സ്പെക്ട്രത്തിൽ 78 മെഗാഹെർട്സിൽ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു അബ്സോർപ്ഷൻ പ്രൊഫൈൽ. നേച്ചർ 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. റെഡ്ഷിഫ്റ്റ് z ≈ 21-7.5 ൽ നിന്ന് 28-സെ.മീ ഹൈഡ്രജൻ സിഗ്നൽ കണ്ടെത്തുന്നതിനുള്ള റീച്ച് റേഡിയോമീറ്റർ. നാറ്റ് ആസ്ട്രോൺ (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. റീച്ച് റേഡിയോമീറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് ശിശു പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ രഹസ്യങ്ങൾ അനാവരണം ചെയ്യുന്നു. എന്ന വിലാസത്തിൽ ഓൺലൈനിൽ ലഭ്യമാണ്  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***