Observation of 26 cm રેડિયો signals, formed due to hyperfine transition of cosmic hydrogen offer an alternative tool to the study of early બ્રહ્માંડ. As for neutral epoch of the infant બ્રહ્માંડ when no light was emitted, 26 cm lines are perhaps only window. However, these redshifted રેડિયો signals emitted by cosmic hydrogen in the early બ્રહ્માંડ 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 બ્રહ્માંડ and help us much in unravelling the mysteries of early બ્રહ્માંડ.
When it comes to the study of પ્રારંભિક બ્રહ્માંડ, name of recently launched જેમ્સ વેબ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ (JWST) pops up in our mind. JWST, a successor of hugely successful હબલ telescope, is a જગ્યા-based, infrared observatory equipped to capture optical/infrared signals from the early stars and galaxies formed in the બ્રહ્માંડ soon after the Big Bang1. જો કે, JWST has some limitation so far as picking up signals from the neutral epoch of પ્રારંભિક બ્રહ્માંડ સંબંધિત છે.
Table: Epochs in the history of બ્રહ્માંડ since the Big Bang
(સ્રોત: કોસ્મોલોજીની ફિલોસોફી – 21 સેમી પૃષ્ઠભૂમિ. પર ઉપલબ્ધ http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
Up to 380 k years after the big bang, the બ્રહ્માંડ was filled with ionised gas and was fully opaque. Between 380k – 400 million years, the બ્રહ્માંડ 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 બ્રહ્માંડ, જ્યારે બ્રહ્માંડ 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 બ્રહ્માંડ 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 સેમી રેડિયો ખગોળશાસ્ત્ર: Observation of 21-centimeter cosmic hydrogen signals offers an alternative approach to the study of early બ્રહ્માંડ 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 બ્રહ્માંડ 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 માં, સંશોધકોએ 78 મેગાહર્ટ્ઝની આવર્તન પર આવા રેડિયો સિગ્નલની શોધની જાણ કરી હતી જેની પ્રોફાઇલ મોટાભાગે આદિમ કોસ્મિક હાઇડ્રોજન દ્વારા ઉત્સર્જિત 21-સેન્ટીમીટર સિગ્નલની અપેક્ષાઓ સાથે સુસંગત હતી.4. પરંતુ આદિકાળના 21-cm રેડિયો સિગ્નલની આ શોધ સ્વતંત્ર રીતે પુષ્ટિ કરી શકાઈ નથી તેથી પ્રયોગની વિશ્વસનીયતા અત્યાર સુધી સ્થાપિત થઈ શકી નથી. મુખ્ય મુદ્દો ફોરગ્રાઉન્ડ રેડિયો સિગ્નલો સાથે દૂષણ હોવાનું જણાય છે.
નવીનતમ માઇલસ્ટોન 21 જુલાઇ 2022 ના રોજ કોસ્મિક હાઇડ્રોજન (REACH) ના વિશ્લેષણ માટે રેડિયો પ્રયોગનો અહેવાલ છે. REACH આ નબળા પ્રપંચી કોસ્મિક રેડિયો સિગ્નલોને શોધવા માટે નવતર પ્રાયોગિક અભિગમનો ઉપયોગ કરશે આમ 21-સેન્ટીમીટર કોસ્મિક સિગ્નલોની પુષ્ટિ માટે નવી આશા પ્રદાન કરશે.
કોસ્મિક હાઇડ્રોજન (REACH) ના વિશ્લેષણ માટે રેડિયો પ્રયોગ એ આકાશ-સરેરાશ 21-cm પ્રયોગ છે. આનો હેતુ ડેટામાં અવશેષ વ્યવસ્થિત સંકેતોથી સંબંધિત સાધનો દ્વારા સામનો કરવામાં આવતી સમસ્યાઓનું સંચાલન કરીને અવલોકનોને સુધારવાનો છે. તે બાયસિયન આંકડાઓનો ઉપયોગ કરીને ફોરગ્રાઉન્ડ્સ અને કોસ્મોલોજિકલ સિગ્નલ સાથે મળીને સિસ્ટમેટિક્સને શોધવા અને સંયુક્ત રીતે સમજાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. પ્રયોગમાં બે અલગ-અલગ એન્ટેના, અલ્ટ્રા-વાઈડબેન્ડ સિસ્ટમ (રેડશિફ્ટ રેન્જ લગભગ 7.5 થી 28) અને ક્ષેત્રના માપન પર આધારિત રીસીવર કેલિબ્રેટર સાથે એક સાથે અવલોકનોનો સમાવેશ થાય છે.
This development is significant given its potential to be one of the best tools (and cost effective too vis-a-vis જગ્યા-based observatories like જેમ્સ વેબ) for study of early બ્રહ્માંડ as well as possibility of ushering in of new fundamental physics.
***
સંદર્ભ:
- પ્રસાદ યુ., 2021.જેમ્સ વેબ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ (JWST): પ્રથમ સ્પેસ ઓબ્ઝર્વેટરી જે અર્લી બ્રહ્માંડના અભ્યાસને સમર્પિત છે. વૈજ્ઞાનિક યુરોપિયન. 6 નવેમ્બર 2021ના રોજ પોસ્ટ કરવામાં આવ્યું. અહીં ઉપલબ્ધ http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- પ્રિચર્ડ જેએ અને લોએબ એ., 2012. 21મી સદીમાં 21 સેમી કોસ્મોલોજી. ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પ્રગતિ અંગેના અહેવાલો 75 086901. પર ઉપલબ્ધ https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv પર પ્રીપ્રિન્ટ ઉપલબ્ધ છે https://arxiv.org/abs/1109.6012 પીડીએફ સંસ્કરણ https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- ઓક્સફર્ડ યુનિવર્સિટી. કોસ્મોલોજીની ફિલોસોફી - 21 સેમી પૃષ્ઠભૂમિ. પર ઉપલબ્ધ છે http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- બોમેન, જે., રોજર્સ, એ., મોન્સાલ્વે, આર. એટ અલ. આકાશ-સરેરાશ સ્પેક્ટ્રમમાં 78 મેગાહર્ટ્ઝ પર કેન્દ્રિત શોષણ પ્રોફાઇલ. પ્રકૃતિ 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. રેડશિફ્ટ z ≈ 21–7.5 માંથી 28-cm હાઇડ્રોજન સિગ્નલ શોધવા માટે પહોંચ રેડિયોમીટર. નેટ એસ્ટ્રોન (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. REACH રેડિયોમીટર વડે શિશુ બ્રહ્માંડના રહસ્યોનું અનાવરણ. પર ઓનલાઈન ઉપલબ્ધ છે https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
***
