પ્રારંભિક બ્રહ્માંડનો અભ્યાસ: કોસ્મિક હાઇડ્રોજનમાંથી પ્રપંચી 21-સેમી રેખા શોધવા માટે પ્રયોગ સુધી પહોંચો 

26 સે.મી.નું અવલોકન રેડિયો કોસ્મિક હાઇડ્રોજનના હાયપરફાઇન સંક્રમણને કારણે રચાયેલા સંકેતો પ્રારંભિક અભ્યાસ માટે વૈકલ્પિક સાધન આપે છે બ્રહ્માંડ. શિશુના તટસ્થ યુગ માટે બ્રહ્માંડ જ્યારે કોઈ પ્રકાશ ઉત્સર્જિત થતો ન હતો, ત્યારે 26 સે.મી.ની રેખાઓ કદાચ માત્ર વિન્ડો હોય છે. જો કે, આ redshift રેડિયો શરૂઆતમાં કોસ્મિક હાઇડ્રોજન દ્વારા ઉત્સર્જિત સંકેતો બ્રહ્માંડ અત્યંત નબળા છે અને અત્યાર સુધી પ્રપંચી છે. 2018 માં, EDGE પ્રયોગમાં 26 cm સિગ્નલોની શોધની જાણ કરવામાં આવી હતી પરંતુ તારણોની સ્વતંત્ર રીતે પુષ્ટિ થઈ શકી નથી. મુખ્ય મુદ્દો આકાશમાંથી આવતા અન્ય સંકેતો સાથે વ્યવસ્થિત અને દૂષિત સાધનનો હતો. પહોંચનો પ્રયોગ અડચણને દૂર કરવા માટે અનન્ય પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવાનો છે. આશા છે કે આ સંશોધન જૂથ નજીકના ભવિષ્યમાં આ પ્રપંચી સંકેતોને વિશ્વસનીય રીતે શોધી શકશે. જો સફળ થાય, તો REACH પ્રયોગ શરૂઆતના અભ્યાસમાં '26 cm રેડિયો ખગોળશાસ્ત્ર'ને મોખરે લાવી શકે છે. બ્રહ્માંડ અને શરૂઆતના રહસ્યોને ઉકેલવામાં અમને ઘણી મદદ કરે છે બ્રહ્માંડ. 

ના અભ્યાસની વાત આવે ત્યારે પ્રારંભિક બ્રહ્માંડ, તાજેતરમાં લોન્ચ થયેલ નામ જેમ્સ વેબ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ (JWST) આપણા મગજમાં દેખાય છે. JWST, ભારે સફળ એક અનુગામી હબલ ટેલિસ્કોપ, એ છે જગ્યા-આધારિત, ઇન્ફ્રારેડ વેધશાળામાં રચાયેલા પ્રારંભિક તારાઓ અને તારાવિશ્વોમાંથી ઓપ્ટિકલ/ઇન્ફ્રારેડ સિગ્નલો મેળવવા માટે સજ્જ બ્રહ્માંડ બિગ બેંગ પછી તરત¹. જો કે, JWST ના તટસ્થ યુગમાંથી સિગ્નલો ઉપાડવા સુધીની કેટલીક મર્યાદાઓ છે પ્રારંભિક બ્રહ્માંડ સંબંધિત છે.  

કોષ્ટક: ઇતિહાસમાં યુગ બ્રહ્માંડ બિગ બેંગ થી  

(સ્રોત: કોસ્મોલોજીની ફિલોસોફી – 21 સેમી પૃષ્ઠભૂમિ. પર ઉપલબ્ધ http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

બિગ બેંગ પછી 380 k વર્ષ સુધી, ધ બ્રહ્માંડ આયનાઇઝ્ડ ગેસથી ભરેલો હતો અને સંપૂર્ણ અપારદર્શક હતો. 380k - 400 મિલિયન વર્ષો વચ્ચે, ધ બ્રહ્માંડ તટસ્થ અને પારદર્શક બની હતી. મહાવિસ્ફોટ પછી 400 મિલિયનથી શરૂ થતાં આ તબક્કા પછી પુનઃકરણનો યુગ શરૂ થયો.  

પ્રારંભિક તટસ્થ યુગ દરમિયાન બ્રહ્માંડ, જ્યારે બ્રહ્માંડ તટસ્થ વાયુઓથી ભરેલો હતો અને પારદર્શક હતો, કોઈ ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ ઉત્સર્જિત થતો ન હતો (તેથી શ્યામ યુગ કહેવાય છે). સંઘીય સામગ્રી પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરતી નથી. આ શરૂઆતના અભ્યાસમાં પડકાર ઊભો કરે છે બ્રહ્માંડ તટસ્થ યુગનો. જો કે, હાઇપરફાઇન સંક્રમણ (સમાંતર સ્પિનથી વધુ સ્થિર એન્ટિ-સમાંતર સ્પિન સુધી)ના પરિણામે ઠંડા, તટસ્થ કોસ્મિક હાઇડ્રોજન દ્વારા ઉત્સર્જિત 21 સેમી તરંગલંબાઇ (1420 મેગાહર્ટઝને અનુરૂપ) માઇક્રોવેવ રેડિયેશન સંશોધકોને તક આપે છે. આ 21 સે.મી.નું માઇક્રોવેવ રેડિયેશન પૃથ્વી પર પહોંચવા પર ફરીથી ખસેડવામાં આવશે અને રેડિયો તરંગો તરીકે 200MHz થી 10 MHz ફ્રીક્વન્સી પર જોવામાં આવશે.^2,3.  

21 સેમી રેડિયો ખગોળશાસ્ત્ર: 21-સેન્ટીમીટર કોસ્મિક હાઇડ્રોજન સિગ્નલોનું અવલોકન પ્રારંભિક અભ્યાસ માટે વૈકલ્પિક અભિગમ પ્રદાન કરે છે બ્રહ્માંડ ખાસ કરીને તટસ્થ યુગના તબક્કા જે કોઈપણ પ્રકાશ ઉત્સર્જનથી વંચિત હતા. આ અમને નવા ભૌતિકશાસ્ત્ર વિશે પણ જાણ કરી શકે છે જેમ કે સમય જતાં દ્રવ્યનું વિતરણ, શ્યામ ઊર્જા, શ્યામ પદાર્થ, ન્યુટ્રિનો માસ અને ફુગાવો².  

જો કે, કોસ્મિક હાઇડ્રોજન દ્વારા 21-સે.મી.ના સિગ્નલો શરૂઆતના સમયમાં ઉત્સર્જિત થાય છે બ્રહ્માંડ તબક્કો પ્રપંચી છે. તે અત્યંત નબળું હોવાની ધારણા છે (આકાશમાંથી નીકળતા અન્ય રેડિયો સિગ્નલો કરતાં લગભગ એક લાખ ગણા નબળા). પરિણામે, આ અભિગમ હજુ બાળપણમાં છે.  

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 સિસ્ટમેટિક્સને શોધવા અને સંયુક્ત રીતે સમજાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. આ પ્રયોગ બે અલગ-અલગ એન્ટેના, અલ્ટ્રા-વાઇડબેન્ડ સિસ્ટમ (રેડશિફ્ટ રેન્જ લગભગ 7.5 થી 28) અને ઇન-ફીલ્ડ માપન પર આધારિત રીસીવર કેલિબ્રેટર સાથે એક સાથે અવલોકનોનો સમાવેશ કરે છે.  

શ્રેષ્ઠ સાધનોમાંથી એક બનવાની તેની સંભવિતતાને જોતાં આ વિકાસ નોંધપાત્ર છે (અને તેની સરખામણીમાં ખર્ચ અસરકારક પણ છે જગ્યા-આધારિત વેધશાળાઓ જેવી જેમ્સ વેબ) પ્રારંભિક અભ્યાસ માટે બ્રહ્માંડ તેમજ નવા મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્રની શરૂઆતની શક્યતા.  

*** 

સંદર્ભ:  

1. 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/ 

2. 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 

3. ઓક્સફર્ડ યુનિવર્સિટી. કોસ્મોલોજીની ફિલોસોફી - 21 સેમી પૃષ્ઠભૂમિ. પર ઉપલબ્ધ છે http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. 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 

5. 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  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. REACH રેડિયોમીટર વડે શિશુ બ્રહ્માંડના રહસ્યોનું અનાવરણ. પર ઓનલાઈન ઉપલબ્ધ છે  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***