CHIME ടെലിസ്കോപ്പ്: സ്വന്തം ഡാറ്റ മാത്രം ഉപയോഗിച്ച് ഹൈഡ്രജൻ സിഗ്നൽ കണ്ടെത്തി

ഒരു ദിശയിലേക്ക് തിരിക്കുന്നതിന് പകരം സർവേ ചെയ്യാൻ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ടെലിസ്കോപ്പ്

CHIME-ന്റെ നാല് വലിയ റിഫ്ലക്ടറുകൾ പരമ്പരാഗതമായി തിരിക്കാവുന്ന ഡിഷുകൾക്ക് പകരം നീളമുള്ളതും തുറന്നതുമായ പകുതി സിലിണ്ടറുകൾ പോലെയാണ് കാണപ്പെടുന്നത്. ഓരോന്നിനും ഏകദേശം 20 മീറ്റർ വീതിയും 100 മീറ്റർ നീളവുമുണ്ട്. ഭൂമിയുടെ കറക്കം ആകാശത്തിന്റെ വിവിധ ഭാഗങ്ങളെ കാഴ്ചയിലേക്ക് കൊണ്ടുവരുമ്പോൾ ഇവ നിശ്ചലമായി തുടരുന്നു. തിരഞ്ഞെടുത്ത ഒരു വസ്തുവിൽ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ഒരൊറ്റ ഡിഷ് ചലിപ്പിക്കുന്നതിന് പകരം, വിശാലമായ ഒരു പ്രദേശത്ത് ആവർത്തിച്ചുള്ള നിരീക്ഷണങ്ങളെ ഈ രൂപകൽപ്പന പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.

റിഫ്ലക്ടറുകൾ 1,024 ഡ്യുവൽ-പോളറൈസേഷൻ റിസീവറുകൾക്കായി റേഡിയോ തരംഗങ്ങൾ ശേഖരിക്കുന്നു. ദിശയെയും ആവൃത്തിയെയും കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ ലഭിക്കുന്നതിന് ഇലക്ട്രോണിക് സംവിധാനങ്ങൾ അവയുടെ സിഗ്നലുകളെ സംയോജിപ്പിക്കുന്നു. ഈ ഉപകരണം 400–800 മെഗാഹെർട്സ് പരിധിയിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്, അതായത് സെക്കൻഡിൽ കോടിക്കണക്കിന് തരംഗ ചക്രങ്ങൾ. അതിനാൽ ഇതിന്റെ ഘടനയും കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് സംവിധാനവും ഒരൊറ്റ അളവെടുപ്പ് പ്രക്രിയയുടെ ഭാഗങ്ങളാണ്: വികിരണം ശേഖരിക്കുക എന്നത് ഉപയോഗപ്രദമായ ഒരു ജ്യോതിശാസ്ത്ര സിഗ്നൽ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നതിന്റെ തുടക്കം മാത്രമാണ്.

ഹൈഡ്രജന് പ്രപഞ്ച ഘടനയെ അടയാളപ്പെടുത്താൻ കഴിയുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്

ന്യൂട്രൽ ഹൈഡ്രജന് ഏകദേശം 21 സെന്റീമീറ്റർ തരംഗദൈർഘ്യവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട റേഡിയോ വികിരണം പുറപ്പെടുവിക്കാൻ കഴിയും. ന്യൂട്രൽ എന്നാൽ ആറ്റം അയോണീകരിക്കപ്പെടുന്നതിന് പകരം അതിന്റെ ഇലക്ട്രോണിനെ നിലനിർത്തുന്നു എന്നാണ് അർത്ഥമാക്കുന്നത്. ഹൈഡ്രജൻ വ്യാപകമായി കാണപ്പെടുന്നതിനാൽ, അതിന്റെ സംയോജിത വികിരണത്തിന് വലിയ പ്രദേശങ്ങളിലെ ദ്രവ്യത്തിന്റെ വിതരണം അടയാളപ്പെടുത്താൻ കഴിയും. ഓരോ വ്യക്തിഗത ഗാലക്സിയുടെയും പ്രത്യേകവും വിശദവുമായ ചിത്രം ആവശ്യപ്പെടുന്നതിന് പകരം ഇന്റൻസിറ്റി മാപ്പിംഗ് ഈ കൂട്ടായ സിഗ്നലിനെയാണ് അളക്കുന്നത്.

വികിരണം ബഹിരാകാശത്തിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുമ്പോൾ പ്രപഞ്ച വികാസം അതിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തെ വലിച്ച് നീട്ടുന്നു. വികിരണം ദൃശ്യമായ ചുവന്ന പ്രകാശമല്ലെങ്കിൽ പോലും ഇതിനെ കോസ്മോളജിക്കൽ റെഡ്ഷിഫ്റ്റ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. കൂടിയ തരംഗദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞ ആവൃത്തിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഈ മാറ്റം അളക്കുന്നത് പ്രപഞ്ച ചരിത്രത്തിന്റെ വിവിധ ഘട്ടങ്ങളുമായി വികിരണത്തെ ബന്ധിപ്പിക്കാൻ ജ്യോതിശാസ്ത്രജ്ഞരെ സഹായിക്കുന്നു. അതിനാൽ ആവൃത്തി വിവരങ്ങളെ ആകാശ ദിശയുമായി സംയോജിപ്പിക്കുന്നത് ഒരു ത്രിമാന ഭൂപടത്തിലേക്കുള്ള വഴി തുറക്കുന്നു.

പ്രായവും പിന്നിട്ട സമയവും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം പ്രധാനമാണ്. പ്രപഞ്ചത്തിന് ഏകദേശം അഞ്ച് ബില്യൺ വർഷം പ്രായമുണ്ടായിരുന്ന സമയത്തെ നിരീക്ഷിക്കുക എന്നാൽ ഏകദേശം ഒമ്പത് ബില്യൺ വർഷങ്ങൾ പിന്നിലേക്ക് നോക്കുക എന്നാണ് അർത്ഥമാക്കുന്നത്. സിഗ്നൽ അഞ്ച് ബില്യൺ വർഷം മാത്രമാണ് സഞ്ചരിച്ചത് എന്ന് ഇതിനർത്ഥമില്ല. ആ വിദൂര പ്രദേശം ഇന്ന് എങ്ങനെയാണോ അങ്ങനെ കാണിക്കുന്നതിന് പകരം, ഈ നിരീക്ഷണം നിലവിലെ ഒരു അളവെടുപ്പിനെ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ മുൻകാല അവസ്ഥയുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്.

വളരെ ശക്തമായ ഇടപെടലുകളിൽ നിന്ന് നേരിയ സിഗ്നലിനെ വേർതിരിക്കുന്നു

ആവശ്യമുള്ള ഹൈഡ്രജൻ വികിരണം മറ്റ് റേഡിയോ സിഗ്നലുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ദുർബലമാണ് എന്നതാണ് ശാസ്ത്രീയ വെല്ലുവിളി. നമ്മുടെ സ്വന്തം ഗാലക്സിയിൽ നിന്നുള്ള വികിരണം, മനുഷ്യനിർമ്മിത റേഡിയോ ഇടപെടലുകൾ, ഉപകരണപരമായ സ്വാധീനങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്ക് ഇതിനെ മറയ്ക്കാൻ കഴിയും. അത്തരം തടസ്സങ്ങളിൽ നിന്ന് പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രപരമായ സിഗ്നലിനെ വേർതിരിച്ചറിയാൻ ഗവേഷകർ മെച്ചപ്പെട്ട പ്രോസസ്സിംഗും പരിശോധനകളും ഉപയോഗിച്ചു. മുൻഭാഗത്തുള്ള വികിരണം നീക്കം ചെയ്യുമ്പോൾ തിരയുന്ന നേരിയ സിഗ്നൽ നീക്കം ചെയ്യപ്പെടാതിരിക്കാനും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതുണ്ട്.

ഈ പഠനം 94 രാത്രികളിലെ നിരീക്ഷണങ്ങൾ വിശകലനം ചെയ്തു, അവ 2019-ൽ ശേഖരിച്ചവയാണ്. സെപ്റ്റംബറിലെ ജേണൽ പ്രസിദ്ധീകരണത്തിന് മുമ്പ് തന്നെ ഒരു പ്രീപ്രിന്റ് പ്രചരിച്ചിരുന്നു, അതിനാൽ നിരീക്ഷണങ്ങൾ ഈ ആഴ്ച പുതുതായി ശേഖരിച്ചവയല്ല. ഉപകരണത്തിന്റെ പൂർണ്ണ ബാൻഡിനുള്ളിലെ ഇടുങ്ങിയ ഒരു ആവൃത്തി ഇടവേളയാണ് വിശകലനത്തിന് ഉപയോഗിച്ചത്. ദൃശ്യമായ ഈ കണ്ടെത്തൽ ഇടപെടലുകൾ മൂലമോ അളവെടുപ്പിലെ പിശകുകൾ മൂലമോ ഉണ്ടായതാകാമോ എന്ന് ആവർത്തിച്ചുള്ള പരിശോധനകൾ വിലയിരുത്തി.

സ്റ്റാൻഡ്‌അലോൺ എന്ന വാക്ക് കണ്ടെത്തൽ തെളിവുകളുടെ ഉറവിടത്തെയാണ് വിവരിക്കുന്നത്, മറ്റ് സർവേകൾ ഉപയോഗശൂന്യമാണെന്ന അവകാശവാദമല്ല. മുൻകാല താരതമ്യങ്ങൾ CHIME നിരീക്ഷണങ്ങളും സ്വതന്ത്രമായി മാപ്പ് ചെയ്ത ഗാലക്സികളും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തമാണ് പരിശോധിച്ചിരുന്നത്. പുതിയ വിശകലനം കണ്ടെത്തലിനായി ആ ബാഹ്യ താരതമ്യത്തിന്റെ ആവശ്യമില്ലാതെ തന്നെ CHIME-ന്റെ സ്വന്തം ഡാറ്റയിൽ നിന്ന് ഹൈഡ്രജൻ സിഗ്നൽ വീണ്ടെടുത്തു. മറ്റ് ഉപകരണങ്ങളുമായുള്ള താരതമ്യങ്ങൾക്ക് ഇപ്പോഴും വ്യാഖ്യാനങ്ങളെ പരിശോധിക്കാനും സിസ്റ്റമാറ്റിക് പിശകുകൾ പുറത്തുകൊണ്ടുവരാനും സഹായിക്കാനാകും.

ഡാർക്ക് എനർജി എന്ന ചോദ്യത്തിന് ഇത് നൽകുന്ന സംഭാവന എന്ത്

പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ വികാസ ചരിത്രം അന്വേഷിക്കാൻ ജ്യോതിശാസ്ത്രജ്ഞർ വിവിധ പ്രപഞ്ച കാലഘട്ടങ്ങളിലെ ദ്രവ്യത്തിന്റെ വിതരണം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആ വികാസത്തിന്റെ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ട ഗതിവേഗത്തിനുള്ള അജ്ഞാത വിശദീകരണത്തിന് നൽകിയിരിക്കുന്ന പേരാണ് ഡാർക്ക് എനർജി. ഇത് CHIME നേരിട്ട് ഫോട്ടോ എടുത്ത ഒരു പദാർത്ഥമല്ല. പ്രപഞ്ച പരിണാമത്തിന്റെ മാതൃകകളെ നിർണ്ണയിക്കാൻ സഹായിക്കുന്ന അളക്കാവുന്ന പാറ്റേൺ നൽകുന്ന ഒരു സൂചകമായി ഹൈഡ്രജൻ പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

ഇത് ഈ ഫലത്തെ വിശാലമായ ശാസ്ത്രീയ സാധ്യതകളുള്ള ഒരു അളവെടുപ്പ് രീതിയുടെ തെളിവാക്കി മാറ്റുന്നു. വ്യത്യസ്ത നിരീക്ഷണങ്ങൾ സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു വികാസ ചരിത്രമാണോ പറയുന്നതെന്ന് പരിശോധിക്കാൻ വിശ്വസനീയമായ ഒരു സർവേയ്ക്ക് കഴിയും. ആ സാധ്യതയെ കൂടുതൽ കൃത്യമായ പ്രപഞ്ചശാസ്ത്ര നിഗമനങ്ങളാക്കി മാറ്റുന്നതിന് ഇനിയും കൂടുതൽ നിരീക്ഷണങ്ങളും സിസ്റ്റമാറ്റിക് പിശകുകൾ സൂക്ഷ്മമായി കൈകാര്യം ചെയ്യലും ആവശ്യമാണ്. വിജയകരമായ ഒരു സിഗ്നൽ കണ്ടെത്തൽ അനിവാര്യമായ ഒരു ചുവടുവെപ്പാണ്, എന്നാൽ ഈ ഉപകരണം അന്വേഷിക്കാൻ നിർമ്മിച്ച എല്ലാ ചോദ്യങ്ങൾക്കുമുള്ള ഉത്തരമല്ല.

ഉപസംഹാരം

കണ്ടെത്തൽ സ്ഥിരീകരിക്കാൻ മറ്റൊരു സർവേയെ ആശ്രയിക്കാതെ വിദൂര ഹൈഡ്രജൻ സിഗ്നൽ വീണ്ടെടുത്തു എന്നതാണ് CHIME-ന്റെ നേട്ടം. ഇത് റേഡിയോ തീവ്രതയിൽ നിന്ന് വലിയ തോതിലുള്ള ഭൂപടങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് ഗവേഷകർക്ക് കൂടുതൽ ശക്തമായ അടിത്തറ നൽകുന്നു. ആ ഭൂപടങ്ങൾ വിപുലീകരിക്കുന്നതിലൂടെയും പരിശോധിക്കുന്നതിലൂടെയും, തുടർന്ന് പ്രപഞ്ച വികാസത്തെക്കുറിച്ചുള്ള വിവിധ വിശദീകരണങ്ങൾ പരിശോധിക്കാൻ അവ ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെയുമാണ് അടുത്ത ശാസ്ത്രീയ മൂല്യം കൈവരുന്നത്.