أكثر أسرار الكون إخفاءً
حسنًا، تخيل هذا: أنت تحاول سماع همسة في وسط حفلة روك صاخبة. هذا هو بالتحديد ما كان علماء الفلك يتعاملون معه عندما حاولوا دراسة واحدة من أكثر الفترات إثارة في تاريخ الكون—أي نحو 150 مليون سنة بعد الانفجار العظيم، عندما كان الكون غارقًا في الظلام الدامس. لا نجوم. لا ضوء. فقط... ظلام.
لفترة طويلة، كانت هذه الحقبة غير مرئية لنا تقريبًا. لم نستطع رؤيتها لأنه، حسنًا، لم يكن هناك شيء بعد ليصدر الضوء. لكن إليك الأمر: كل غاز الهيدروجين الذي كان يطفو في الفضاء آنذاك كان في الواقع "يغني" بطريقة ما—إشارة راديوية باهتة للغاية لدرجة أن اكتشافها كان يشبه محاولة سماع شخص يتنفس على الجانب الآخر من العالم.
الآن، بنى فريق من الباحثين من جامعة كامبريدج شيئًا رائعًا حقًا للاستماع أخيرًا. يسمونه CosmoCube، وهو بحجم حقيبة يد صغيرة نسبيًا. لا أعرف عنكم، لكنني أجد الأمر مذهلاً تمامًا أن نتمكن من فك أسرار الكون المبكر بشيء يمكن أن يتسع في حجرة الأمتعة العلوية في الطائرة.
لماذا التوجه إلى القمر؟
هنا تكين الذكاء. قد تتساءل: لماذا لا نوجه تلسكوبًا نحو السماء من الأرض؟ لدينا الكثير من هذه التلسكوبات.
حسنًا، هناك مشكلة—بل عدة مشاكل. أولاً، الأيونوسفير (الغلاف الأيونوي) لكوكبنا يعمل كدرع راديوي عملاق، يحجب الترددات الدقيقة التي تستخدمها هذه الإشارة القديمة. ثانيًا، كل شيء من محطات الراديو FM إلى الهواتف المحمولة إلى الأقمار الصناعية يبث ضوضاء راديوية هائلة، مما يجعل أي إشارة تعود إلى 13.5 مليار سنة غارقة تمامًا. الأمر يشبه محاولة سماع نبضات قلب فأر بينما تقف بجانب محرك نفثي.
الحل؟ الاختباء خلف القمر.
عندما يدور CosmoCube حول الجانب البعيد من القمر، يعمل الجسم القمري بأكمله كحاجز طبيعي ضد الراديو، محميًا المركبة الفضائية الصغيرة من تداخل الأرض. لمدة 40 دقيقة تقريبًا خلال كل مدار مدته ساعتان، ستكون في أكثر الأماكن هدوءًا في المجموعة الشمسية (حسنًا، باستثناء الفضاء العميق، لكن لا يمكنك بالتحديد ركن قمر صناعي هناك).
الاستماع لأغنية الهيدروجين القديمة
إذن، ما الذي يستمع إليه CosmoCube بالضبط؟ يسميه العلماء خط الـ 21 سنتيمترًا—إشارة راديوية باهتة تنبعث من ذرات الهيدروجين المتعادلة التي كانت موجودة خلال "العصور المظلمة" الكونية. هذه هي الفترة بين بريق الانفجار العظيم وشيء يسمى "الفجر الكوني"، عندما أضاءت النجوم الأولى أخيرًا.
فكر في الأمر على أنه سماع صدى من زمن ما قبل وجود الموسيقى.
سيكتشف الجهاز ترددات راديوية تتراوح بين 10 و50 ميغاهيرتز—ترددات يكاد يكون من المستحيل دراستها من سطح الأرض. من خلال التقاط هذه الإشارة، يأمل الباحثون في فهم كيف تحول الكون من فراغ مظلم وفارغ إلى النسيج الغني من النجوم والمجرات والهياكل التي نراها اليوم.
لكن هناك المزيد. يعتقد العلماء أيضًا أن هذه الملاحظات يمكن أن تلقي الضوء على المادة المظلمة—تلك المادة الغامضة التي لا نستطيع رؤيتها مباشرة لكنها تشكل حوالي 27% من الكون. فهم كيف ساعدت المادة المظلمة في تجميع الهيدروجين في النجوم والمجرات الأولى؟ هذا أمر كبير.
الهندسة مذهلة تمامًا
ما يثير إعجابي حقًا في هذه المهمة هو الدقة المطلوبة، وهي أمر يكاد يكون غير قابل للفهم. الإشارة التي يطارد CosmoCube ضعيفة جدًا لدرجة أن الأجهزة الإلكترونية الخاصة بالمركبة الفضائية نفسها يمكن أن تخلق تداخلًا يبدو كإشارة كونية. الأمر يشبه محاولة قياس طول شخص وهو يرتفع أحذية ذات نعل سميك.
لحل هذه المشكلة، طور الفريق شيئًا يسمى معاير "ديكي التبديلي" (Dicke switched). النظام يتبدل باستمرار بين مراقبة السماء وقياس المصادر المرجعية الداخلية، مما يسمح له بتحديد وإزالة أي ضوضاء تخلقها المركبة الفضائية نفسها. ثم، على الأرض، سيستخدم الباحثون تقنيات إحصائية بايزية متقدمة لفصل الإشارة الكونية الفعلية عن كل الان