رصد الهيدروجين يكشف أسرار نشأة الكون البعيد

قبل نحو 5 مليارات سنة، كان الكون يمرّ بمرحلة تشكيل حاسمة، تتجمّع فيها المجرّات وتتوزّع فيها المادة عبر مسافات تفوق الخيال. اليوم، يُعلن فريقٌ من علماء الفلك أنّه نجح في رصد الهيدروجين الغازي من تلك الحقبة البعيدة، مستعيناً بتلسكوب MeerKAT الراديوي في جنوب أفريقيا وهو ما يُمثّل نقلةً منهجية في طريقة رسم خرائط البنية الكبرى للكون.

Loading image...

إشارةٌ خافتة من عمق الزمن

يعتمد الباحثون على ما يُعرف بـ"رسم خرائط كثافة الهيدروجين" (Hydrogen Intensity Mapping)، وهي تقنية تستخدم الانبعاث الراديوي للهيدروجين المحايد عند طول موجة 21 سنتيمتراً. هذا الخطّ الطيفي الفريد يتمدّد بفعل توسّع الكون الذي تقوده الطاقة المظلمة، فيتحوّل إلى إشارةٍ مُنزاحة نحو الأحمر يمكن من خلالها تحديد عمر الهيدروجين وبُعده عنّا. المشكلة أنّ هذه الإشارة بالغة الخفوت، وتختلط بتداخلاتٍ راديوية من مصادر أرضية وفلكية على حدٍّ سواء.

ما يجعل هذا البحث المنشور في يوليو في مجلة The Astrophysical Journal Letters لافتاً للنظر هو أنّ الفريق اعتمد على البيانات الراديوية وحدها، دون الاستعانة بمسوحات الضوء المرئي للمجرّات كما كان معتاداً في الدراسات السابقة. وقد حلّل الباحثون نحو 96 ساعة من رصد MeerKAT، جُمعت عام 2018 حين كان التلسكوب في بداياتٍ علمية مبكّرة، وتمكّنوا من عزل إشاراتٍ هيدروجينية تعود إلى ما بين 4 و5 مليارات سنة مضت، تمتدّ عبر مسافاتٍ تُقاس بملايين السنين الضوئية مقارنةٍ بالمسافة الفاصلة بين مجرّتَي درب التبّانة وأندروميدا.

يقول Sourabh Paul، قائد الفريق: "هذه إنجازٌ مثير للغاية. لطالما نُظر إلى رسم خرائط كثافة الهيدروجين باعتباره أسلوباً واعداً لرسم خرائط الكون بكفاءة، لكنّ الإشارة بالغة الخفوت ويصعب عزلها عن الانبعاثات الأمامية والتداخلات الراديوية البشرية المنشأ والتأثيرات الأدواتية. إثبات إمكانية رصدها مباشرةً بـMeerKAT يُظهر أنّ هذه التقنية باتت أداةً عملية لعلم الكونيات."

لماذا الهيدروجين بالذات؟

الهيدروجين المحايد ليس مجرّد عنصرٍ كيميائي؛ إنّه سجلٌّ كوني لتاريخ تشكّل المجرّات وتطوّرها. يشرح Zhaoting Chen من جامعة Edinburgh: "الهيدروجين المحايد أحد المكوّنات الأساسية لفهم كيفية تشكّل المجرّات وتطوّرها. مع رسم الخرائط بالكثافة، لا نحتاج إلى رصد كلّ مجرّة على حدة. بدلاً من ذلك، نقيس الإشارة الجماعية للهيدروجين عبر أحجامٍ كونية كبيرة، ما يمنحنا طريقةً جديدة لدراسة تطوّر المجرّات وتوزيع المادة في الكون."

وتُضيف Laura Wolz من جامعة Manchester: "MeerKAT يواصل فتح نوافذ جديدة لعلم الكونيات. حقيقة أنّ هذه الإشارة يمكن استخلاصها من رصداتٍ لم تُصمَّم أصلاً لرسم خرائط كثافة الهيدروجين أمرٌ مشجّع للغاية. يُظهر ذلك القيمة العلمية الهائلة لبيانات MeerKAT ويُمهّد الطريق لرصداتٍ مستقبلية مع SKAO."

يتألّف تلسكوب MeerKAT من 64 هوائياً موزّعة في محمية Meerkat الوطنية بمقاطعة Northern Cape الجنوب أفريقية. وبينما يواصل الفريق العمل على توسيع مساحات الرصد لرسم خرائط هيدروجينية أكثر تفصيلاً، تسير في الأفق مشروعٌ أضخم: تلسكوب Square Kilometre Array Observatory (SKAO) الذي يُشيَّد حالياً في أستراليا الغربية وجنوب أفريقيا. عندما يكتمل، سيحمل معه قدرةً رصديةً تجعل ما حقّقه MeerKAT اليوم مجرّد خطوةٍ أولى نحو فهمٍ أعمق لكيف نشأ الكون الذي نعيش فيه.