ఎర్లీ యూనివర్స్ అధ్యయనం: కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ నుండి అంతుచిక్కని 21-సెం.మీ రేఖను గుర్తించడానికి రీచ్ ప్రయోగం 

పరిశీలన 26 సెం.మీ రేడియో కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ యొక్క హైపర్‌ఫైన్ ట్రాన్సిషన్ కారణంగా ఏర్పడిన సంకేతాలు ప్రారంభ అధ్యయనానికి ప్రత్యామ్నాయ సాధనాన్ని అందిస్తాయి విశ్వం. శిశువు యొక్క తటస్థ యుగం కొరకు విశ్వం కాంతి విడుదల కానప్పుడు, 26 సెం.మీ రేఖలు బహుశా కిటికీ మాత్రమే. అయితే, ఇవి రెడ్ షిఫ్ట్ అయ్యాయి రేడియో ప్రారంభంలో కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ ద్వారా విడుదలయ్యే సంకేతాలు విశ్వం చాలా బలహీనంగా ఉన్నాయి మరియు ఇప్పటివరకు అంతుచిక్కనివిగా ఉన్నాయి. 2018లో, EDGE ప్రయోగం 26 సెం.మీ సిగ్నల్‌లను గుర్తించినట్లు నివేదించింది, అయితే కనుగొన్న వాటిని స్వతంత్రంగా నిర్ధారించడం సాధ్యం కాలేదు. ప్రధాన సమస్య పరికరం సిస్టమాటిక్ మరియు ఆకాశం నుండి ఇతర సంకేతాలతో కాలుష్యం. అడ్డంకిని అధిగమించడానికి ప్రత్యేకమైన పద్దతిని ఉపయోగించడం రీచ్ ప్రయోగం. ఈ పరిశోధనా బృందం సమీప భవిష్యత్తులో ఈ అంతుచిక్కని సంకేతాలను విశ్వసనీయంగా గుర్తించగలదని భావిస్తున్నారు. విజయవంతమైనట్లయితే, రీచ్ ప్రయోగం ప్రారంభ అధ్యయనంలో '26 సెం.మీ రేడియో ఖగోళ శాస్త్రాన్ని' ముందంజలో ఉంచవచ్చు. విశ్వం మరియు ప్రారంభ రహస్యాలను విప్పడంలో మాకు చాలా సహాయపడతాయి విశ్వం. 

యొక్క అధ్యయనం విషయానికి వస్తే ప్రారంభ విశ్వం, ఇటీవల ప్రారంభించిన పేరు జేమ్స్ వెబ్ స్పేస్ టెలిస్కోప్ (JWST) మన మదిలో మెదులుతుంది. JWST, అత్యంత విజయవంతమైన వారసుడు హబుల్ టెలిస్కోప్, a స్పేస్-ఆధారిత, ఇన్‌ఫ్రారెడ్ అబ్జర్వేటరీలో ఏర్పడిన ప్రారంభ నక్షత్రాలు మరియు గెలాక్సీల నుండి ఆప్టికల్/ఇన్‌ఫ్రారెడ్ సిగ్నల్‌లను సంగ్రహించడానికి అమర్చారు యూనివర్స్ బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత వెంటనే¹. అయితే, JWST యొక్క తటస్థ యుగం నుండి సంకేతాలను అందుకోవడం వరకు కొంత పరిమితిని కలిగి ఉంది ప్రారంభ విశ్వం సంబంధించినంతవరకు.  

పట్టిక: చరిత్రలో యుగాలు విశ్వం బిగ్ బ్యాంగ్ నుండి  

(మూలం: ఫిలాసఫీ ఆఫ్ కాస్మోలజీ – 21 సెం.మీ నేపథ్యం. ఇక్కడ అందుబాటులో ఉంది http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత 380 k సంవత్సరాల వరకు, ది విశ్వం అయనీకరణం చేయబడిన వాయువుతో నిండి ఉంది మరియు పూర్తిగా అపారదర్శకంగా ఉంది. 380k - 400 మిలియన్ సంవత్సరాల మధ్య, ది విశ్వం తటస్థంగా మరియు పారదర్శకంగా మారింది. మహా విస్ఫోటనం తర్వాత 400 మిలియన్ల ప్రారంభమైన ఈ దశ తర్వాత రీయోనైజేషన్ యుగం ప్రారంభమైంది.  

ప్రారంభ తటస్థ యుగంలో విశ్వం, ఎప్పుడు అయితే విశ్వం తటస్థ వాయువులతో నిండి ఉంది మరియు పారదర్శకంగా ఉంటుంది, ఆప్టికల్ సిగ్నల్ విడుదల కాలేదు (అందుకే చీకటి యుగం అని పిలుస్తారు). సంఘటిత పదార్థం కాంతిని విడుదల చేయదు. ఇది ప్రారంభ అధ్యయనంలో సవాలుగా ఉంది యూనివర్స్ తటస్థ యుగం. అయినప్పటికీ, హైపర్‌ఫైన్ ట్రాన్సిషన్ (సమాంతర స్పిన్ నుండి మరింత స్థిరమైన యాంటీ-పారలల్ స్పిన్ వరకు) ఫలితంగా ఈ యుగంలో చల్లని, తటస్థ కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ ద్వారా విడుదలయ్యే 21 సెం.మీ తరంగదైర్ఘ్యం (1420 MHzకి అనుగుణంగా) మైక్రోవేవ్ రేడియేషన్ పరిశోధకులకు అవకాశాలను అందిస్తుంది. ఈ 21 సెం.మీ మైక్రోవేవ్ రేడియేషన్ భూమిని చేరుకున్న తర్వాత రెడ్‌షిఫ్ట్ అవుతుంది మరియు రేడియో తరంగాలుగా 200MHz నుండి 10 MHz పౌనఃపున్యాల వద్ద గమనించబడుతుంది.^2,3.  

21 సెం.మీ రేడియో ఖగోళశాస్త్రం: 21-సెంటీమీటర్ కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ సంకేతాల పరిశీలన ప్రారంభ అధ్యయనానికి ప్రత్యామ్నాయ విధానాన్ని అందిస్తుంది విశ్వం ముఖ్యంగా ఎటువంటి కాంతి ఉద్గారాలు లేని తటస్థ యుగ దశ. ఇది కాలక్రమేణా పదార్థం పంపిణీ, డార్క్ ఎనర్జీ, డార్క్ మ్యాటర్, న్యూట్రినో ద్రవ్యరాశి మరియు ద్రవ్యోల్బణం వంటి కొత్త భౌతిక శాస్త్రం గురించి కూడా తెలియజేస్తుంది.².  

అయితే, ప్రారంభ సమయంలో కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ విడుదల చేసిన 21-సెం విశ్వం దశ అంతుచిక్కనిది. ఇది చాలా బలహీనంగా ఉంటుందని అంచనా వేయబడింది (ఆకాశం నుండి వెలువడే ఇతర రేడియో సిగ్నల్‌ల కంటే దాదాపు లక్ష రెట్లు బలహీనంగా ఉంటుంది). ఫలితంగా, ఈ విధానం ఇప్పటికీ బాల్యంలోనే ఉంది.  

2018లో, పరిశోధకులు 78 MHz పౌనఃపున్యం వద్ద అటువంటి రేడియో సిగ్నల్‌ను గుర్తించినట్లు నివేదించారు, దీని ప్రొఫైల్ ఆదిమ కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ ద్వారా విడుదలయ్యే 21-సెంటీమీటర్ సిగ్నల్ కోసం అంచనాలకు చాలా అనుగుణంగా ఉంది.⁴. కానీ ఈ ఆదిమ 21-సెం.మీ రేడియో సిగ్నల్‌ని గుర్తించడం స్వతంత్రంగా నిర్ధారించబడలేదు కాబట్టి ప్రయోగం యొక్క విశ్వసనీయత ఇప్పటివరకు స్థాపించబడలేదు. ప్రధాన సమస్య ముందువైపు రేడియో సిగ్నల్స్‌తో కలుషితం కావడం.  

తాజా మైలురాయి 21 జూలై 2022న కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ (రీచ్) విశ్లేషణ కోసం రేడియో ప్రయోగం యొక్క నివేదిక. ఈ బలహీనమైన అంతుచిక్కని కాస్మిక్ రేడియో సిగ్నల్‌లను గుర్తించడానికి రీచ్ నవల ప్రయోగాత్మక విధానాన్ని ఉపయోగిస్తుంది, తద్వారా 21-సెంటీమీటర్ల కాస్మిక్ సిగ్నల్‌ల నిర్ధారణ కోసం కొత్త ఆశను అందిస్తుంది.  

The Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) is a sky-averaged 21-cm experiment. This aims to improve observations by managing issues faced by instruments related to residual systematic signals in the data. It focusses on detecting and jointly explaining the systematics together with the foregrounds and the cosmological signal using Bayesian statistics. The ప్రయోగం involves simultaneous observations with two different antennas, an ultra-wideband system (redshift range about 7.5 to 28) and a receiver calibrator based on in-field measurements.  

అత్యుత్తమ సాధనాల్లో ఒకటిగా ఉండగల సామర్థ్యాన్ని బట్టి ఈ అభివృద్ధి ముఖ్యమైనది (మరియు ఖర్చుతో కూడుకున్నది కూడా స్పేస్వంటి -ఆధారిత అబ్జర్వేటరీలు జేమ్స్ వెబ్) ప్రారంభ అధ్యయనం కోసం విశ్వం అలాగే కొత్త ప్రాథమిక భౌతిక శాస్త్రానికి నాంది పలికే అవకాశం.  

*** 

ప్రస్తావనలు:  

1. ప్రసాద్ యు., 2021. జేమ్స్ వెబ్ స్పేస్ టెలిస్కోప్ (JWST): ఎర్లీ యూనివర్స్ అధ్యయనానికి అంకితం చేయబడిన మొదటి అంతరిక్ష అబ్జర్వేటరీ. శాస్త్రీయ యూరోపియన్. 6 నవంబర్ 2021న పోస్ట్ చేయబడింది. ఇక్కడ అందుబాటులో ఉంది http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 

2. ప్రిచర్డ్ JA మరియు లోబ్ A., 2012. 21వ శతాబ్దంలో 21 సెం.మీ. భౌతికశాస్త్రంలో పురోగతిపై నివేదికలు 75 086901. ఇక్కడ అందుబాటులో ఉన్నాయి https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv వద్ద ప్రిప్రింట్ అందుబాటులో ఉంది https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf వెర్షన్  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. ఆక్స్‌ఫర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం. కాస్మోలజీ యొక్క తత్వశాస్త్రం - 21 సెం.మీ నేపథ్యం. వద్ద అందుబాటులో ఉంది http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. బౌమాన్, J., రోజర్స్, A., మోన్సాల్వే, R. మరియు ఇతరులు. స్కై-సగటు స్పెక్ట్రంలో 78 మెగాహెర్ట్జ్ వద్ద కేంద్రీకృతమై ఉన్న శోషణ ప్రొఫైల్. ప్రకృతి 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. డి లెరా అసిడో, ఇ., డి విలియర్స్, డిఐఎల్, రజావి-గోడ్స్, ఎన్. మరియు ఇతరులు. రెడ్‌షిఫ్ట్ z ≈ 21–7.5 నుండి 28-సెం.మీ హైడ్రోజన్ సిగ్నల్‌ను గుర్తించడానికి రీచ్ రేడియోమీటర్. నాట్ ఆస్ట్రాన్ (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. ఎలోయ్ డి లెరా అసిడో 2022. రీచ్ రేడియోమీటర్‌తో శిశు విశ్వం యొక్క రహస్యాలను ఆవిష్కరిస్తోంది. ఆన్‌లైన్‌లో అందుబాటులో ఉంది  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***