Observation of 26 cm ریڈیو signals, formed due to hyperfine transition of cosmic hydrogen offer an alternative tool to the study of early کائنات. As for neutral epoch of the infant کائنات when no light was emitted, 26 cm lines are perhaps only window. However, these redshifted ریڈیو signals emitted by cosmic hydrogen in the early کائنات are extremely feeble and have been elusive so far. In 2018, EDGE experiment reported detection of 26 cm signals but the findings could not be independently confirmed. The main issue was instrument systematic and contamination with the other signals from the sky. The REACH Experiment is to employ unique methodology to overcome the bottleneck. It is hoped that this research group will reliably be able to detect these elusive signals in near future. If successful, REACH Experiment may bring ‘26 cm radio astronomy’ to the forefront in the study of early کائنات and help us much in unravelling the mysteries of early کائنات.
When it comes to the study of ابتدائی کائنات, name of recently launched جیمز ویب اسپیس ٹیلی سکوپ (JWST) pops up in our mind. جے ڈبلیو ایس ٹی, a successor of hugely successful ہبل telescope, is a خلائی-based, infrared observatory equipped to capture optical/infrared signals from the early stars and galaxies formed in the کائنات soon after the Big Bang1. تاہم، جے ڈبلیو ایس ٹی has some limitation so far as picking up signals from the neutral epoch of ابتدائی کائنات تعلق ہے.
Table: Epochs in the history of کائنات since the Big Bang
(ماخذ: فلاسفی آف کاسمولوجی – 21 سینٹی میٹر پس منظر۔ پر دستیاب ہے۔ http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
Up to 380 k years after the big bang, the کائنات was filled with ionised gas and was fully opaque. Between 380k – 400 million years, the کائنات had become neutral and transparent. The epoch of reionisation started after this phase starting 400 million after the big bang.
During the neutral epoch of early کائنات، جب کائنات was filled with neutral gases and was transparent, no optical signal was emitted (hence called dark age). Unionized material does not emit light. This poses a challenge in study of early کائنات of neutral epoch. However, microwave radiation of 21 cm wavelength (corresponding to 1420 MHz) emitted by the cold, neutral cosmic hydrogen during this epoch as a result of hyperfine transition (from parallel spin to more stable anti-parallel spin) offers opportunities to researchers. This 21 cm microwave radiation would be redshifted upon reaching Earth and will be observed at 200MHz to 10 MHz frequencies as radio waves2,3.
21 سینٹی میٹر ریڈیو فلکیات: Observation of 21-centimeter cosmic hydrogen signals offers an alternative approach to the study of early کائنات especially of neutral epoch phase that was devoid of any light emission. This can also inform us about new physics such as distribution of matter over time, dark energy, dark matter, neutrino masses, and inflation2.
However, the 21-cm signals emitted by the cosmic hydrogen during early کائنات phase is elusive. It is expected to be extremely weak (about one hundred thousand times weaker than other radio signals also emanating from the sky). As a result, this approach is still in infancy.
2018 میں، محققین نے 78 میگا ہرٹز کی فریکوئنسی پر ایسے ریڈیو سگنل کا پتہ لگانے کی اطلاع دی تھی جس کا پروفائل بڑی حد تک ابتدائی کائناتی ہائیڈروجن سے خارج ہونے والے 21 سینٹی میٹر سگنل کی توقعات کے مطابق تھا۔4. لیکن ابتدائی 21-سینٹی میٹر ریڈیو سگنل کی اس کھوج کی آزادانہ طور پر تصدیق نہیں ہوسکی ہے اس لیے ابھی تک تجربے کی وشوسنییتا قائم نہیں کی جاسکی۔ ایسا لگتا ہے کہ اہم مسئلہ پیش منظر کے ریڈیو سگنل کے ساتھ آلودگی ہے۔
تازہ ترین سنگ میل 21 جولائی 2022 کو کاسمک ہائیڈروجن (REACH) کے تجزیہ کے لیے ریڈیو تجربات کی رپورٹ ہے۔ REACH ان کمزور پرہیزگار کائناتی ریڈیو سگنلز کا پتہ لگانے کے لیے نئے تجرباتی انداز کا استعمال کرے گا اس طرح 21-سینٹی میٹر کائناتی سگنلز کی تصدیق کے لیے ایک نئی امید پیش کی جائے گی۔
کاسمک ہائیڈروجن کے تجزیہ کے لیے ریڈیو تجربہ (REACH) آسمانی اوسط 21-سینٹی میٹر کا تجربہ ہے۔ اس کا مقصد اعداد و شمار میں بقایا منظم سگنلز سے متعلق آلات کو درپیش مسائل کا انتظام کرکے مشاہدات کو بہتر بنانا ہے۔ یہ بایسیئن اعدادوشمار کا استعمال کرتے ہوئے پیش منظر اور کائناتی سگنل کے ساتھ مل کر نظامیات کا پتہ لگانے اور مشترکہ طور پر وضاحت کرنے پر توجہ مرکوز کرتا ہے۔ تجربے میں دو مختلف اینٹینا، ایک الٹرا وائیڈ بینڈ سسٹم (ریڈ شفٹ رینج تقریباً 7.5 سے 28) کے ساتھ بیک وقت مشاہدات اور فیلڈ میں پیمائش پر مبنی ایک ریسیور کیلیبریٹر شامل ہے۔
This development is significant given its potential to be one of the best tools (and cost effective too vis-a-vis خلائی-based observatories like جیمز ویب) for study of early کائنات as well as possibility of ushering in of new fundamental physics.
***
حوالہ جات:
- Prasad U., 2021.James Webb Space Telescope (JWST): پہلی خلائی رصد گاہ جو ابتدائی کائنات کے مطالعہ کے لیے وقف ہے۔ سائنسی یورپی. 6 نومبر 2021 کو پوسٹ کیا گیا۔ پر دستیاب ہے۔ http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- پرچرڈ جے اے اور لوئب اے، 2012۔ 21 ویں صدی میں 21 سینٹی میٹر کاسمولوجی۔ طبیعیات میں پیش رفت پر رپورٹس 75 086901۔ پر دستیاب ہے۔ https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv پر پری پرنٹ دستیاب ہے۔ https://arxiv.org/abs/1109.6012 پی ڈی ایف ورژن https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- آکسفورڈ یونیورسٹی۔ فلاسفی آف کاسمولوجی – 21 سینٹی میٹر کا پس منظر۔ پر دستیاب ہے۔ http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. آسمانی اوسط سپیکٹرم میں 78 میگا ہرٹز پر مرکوز ایک جذب پروفائل۔ فطرت 555، 67–70 (2018)۔ https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. ریڈ شفٹ z ≈ 21–7.5 سے 28-سینٹی میٹر ہائیڈروجن سگنل کا پتہ لگانے کے لیے ریچ ریڈیو میٹر۔ نیٹ ایسٹرون (2022)۔ https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. REACH ریڈیو میٹر کے ساتھ نوزائیدہ کائنات کے اسرار سے پردہ اٹھانا۔ پر آن لائن دستیاب ہے۔ https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
***
