Kanada'nın CHIME radyo teleskobu, milyarlarca yıl öncesine ait hidrojenin soluk parıltısını yalnızca kendi gözlemleriyle tespit etti ve uzak evreni haritalamanın uzun süredir beklenen bir yolunun gerçekten işlediğini kanıtladı. CHIME, bu hidrojen sinyalini kullanarak maddenin uzayda nasıl dağıldığını izleyebiliyor ve evrenin zaman içinde nasıl genişlediğini ölçebiliyor; bu da karanlık enerjiyi araştırmak için güçlü yeni bir yol sunuyor.
Kanada Hidrojen Yoğunluk Haritalama Deneyi CHIME, ilk kez son derece soluk radyo parıltısını kendi gözlemleriyle tespit edebildiğini gösterdi.
Sonuç, evrenin genişlemesini hızlandırdığı düşünülen hâlâ gizemli bir olgu olan karanlık enerjiyi araştırmak için bilim insanlarına daha hızlı ve daha az maliyetli bir yol sağlayabilir. Karanlık enerjiyi anlamak modern fiziğin en büyük çözülmemiş sorunlarından biri olmaya devam ediyor. Başarı, başlangıçta bu tür bir ölçüm için tasarlanan CHIME için de önemli bir kilometre taşı. Bulgular The Astrophysical Journal'da yayımlandı.
"Hidrojen evrendeki en yaygın element ve yıldızların oluştuğu ham maddedir," diyen ortak yazar Dr. Arnab Chakraborty, bulguyu ilk öneren Toronto Üniversitesi'ndeki doktora sonrası araştırmacı. "Soluk radyo yayılımı, maddenin uzayda nasıl dağıldığını ortaya koyan kozmik bir izleyici görevi görür."
Bilim insanları karanlık enerjinin doğası için birbirleriyle rekabet eden açıklamalar önerdi. CHIME artık bu ölçümleri kendi verileriyle yapabildiği için araştırmacılar bu fikirleri bağımsız olarak test edebiliyor ve mevcut teorileri destekleyebilecek ya da sorgulayabilecek kanıtlar toplayabiliyor.
"Bu, kozmosu araştırmak için tamamen yeni bir teknik ve Kanada tarafından tasarlanan, inşa edilen ve finanse edilen bir alet tarafından sunuldu," diyen ortak yazar Dr. Mark Halpern, UBC Fizik ve Astronomi bölümünde profesör ve CHIME baş araştırmacısı. "Küresel kozmoloji programında cesur yeni bir adım ve bir Kanada başarı öyküsü."
Evreni Hidrojenle Haritalamak
CHIME, Penticton, Britanya Kolumbiyası yakınlarında bulunan ve Kanada Ulusal Araştırma Konseyi NRC tarafından barındırılan bir radyo teleskobu. Alet her gün kuzey gökyüzünün tamamını tarıyor.
Proje, Britanya Kolumbiyası Üniversitesi, McGill Üniversitesi, Toronto Üniversitesi ve Dominion Radyo Astrofizik Gözlemevi NRC'deki bilim insanları da dahil olmak üzere Kanada genelinden araştırmacıları bir araya getiriyor. Arizona Eyalet Üniversitesi de dahil olmak üzere diğer Kuzey Amerika iş birlikçileri de çalışmaya katılıyor.
CHIME'in başlıca hedeflerinden biri, erken evrende hidrojen gazının nasıl dağıldığını ortaya koymak. Büyük ölçekli yapıyı ölçerek gökbilimciler evrenin zaman içinde nasıl genişlediğini yeniden kurgulayabiliyor ve bu ölçümleri karanlık enerjiyi araştırmak için kullanabiliyor.
Buna kadar CHIME araştırmacıları radyo gözlemlerini diğer teleskopların topladığı galaksi araştırması verileriyle karşılaştırmak zorunda kaldı. Bu araştırmalar benzer kozmolojik soruları galaksilerden gelen ışığı çok daha ayrıntılı gözlemleyerek ele alıyor. Ancak milyonlarca dolar daha maliyetli olabiliyor ve yıldız oluşumu için yeterince sıcak ve yoğun bölgeleri esas olarak inceliyor.
CHIME bunun yerine hidrojenin kendisinin ürettiği birleşik radyo yayılımını ölçüyor. Bu yaklaşım araştırmacıların kozmosun çok daha büyük bölgelerini incelemesine, daha geriye zaman yolculuğu yapmasına ve diğer araştırmalardan gelen verilere bağımlı olmadan benzer soruları maliyetin bir kısmıyla sürdürmesine olanak tanıyor.
Hidrojen Sinyali Ne Ortaya Koyuyor
Eşlik eden bir makalede araştırmacılar, yeni tespit edilen sinyalin hidrojenin evrende nasıl dağıldığına dair bilim insanlarına neler söyleyebileceğini analiz etti.
"Verilerimiz, evrendeki hidrojenin yaklaşık yüzde ikisinin bu dönemde nötr atomik formda olduğunu gösteriyor; bu durum diğer ölçümlerle geniş ölçüde tutarlı," diyen ortak yazar Dr. Shabbir Shaikh, Arizona Eyalet Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı. "Hidrojenin nasıl dağıldığını ve kümelendiğini ölçerek CHIME, galaksilerin nasıl oluştuğunu ve evrimleştiğini anlamamız için yeni bir yol sunuyor."
Ölçüm bu nedenle kozmik genişlemeyi incelemek için yeni bir yol sunmaktan daha fazlasını sağlıyor. Aynı zamanda araştırmacıların galaksi oluşumu modellerini test etmesine ve maddenin evrende nasıl organize olduğunun daha iyi anlaşılmasına da yardımcı olabilir.
Kozmik Gürültüde Gizli Sinyali Bulmak
Keşif ani bir atılımla gelmedi. Araştırmacılar son derece zayıf hidrojen sinyalini çok daha güçlü girişim kaynaklarından ayırmak için yeni veri işleme ve analiz yöntemleri kullanmak zorunda kaldı.
Bu arka plan, evrenin kendisinden gelen radyo gürültüsü, insan teknolojisinin ürettiği sinyaller ve hatta teleskopun kendisinin yarattığı etkileri içeriyordu. Olası hidrojen imzasını belirledikten sonra ekip, sonucun gerçek olduğundan emin olmak için bir yıldan fazla süre test etti.
Analizleri sonuçta sinyalin evren yaklaşık beş milyar yıl yaşındayken uzak evrendeki hidrojenden geldiğini gösterdi. Sonuç, 2019'da toplanan 94 gecelik gözleme dayanıyor.
"Bu bir yanlış alarm değil diye kendimizi ikna etmek için çok çalıştık," dedi Dr. Chakraborty. "Tüm testlerin ardından sinyal kaldı. Bu bize uzak evrenden gerçek hidrojen gördüğümüze dair güven verdi."
CHIME Gözlemlerinin Yedi Yılı Hâlâ Devam Ediyor
Yeni sonuç, CHIME'in faaliyete geçmesinden bu yana topladığı bilgilerin yalnızca küçük bir kısmına dayanıyor.
Araştırmacılar artık analiz için neredeyse yedi yıllık gözleme sahip. Tekniği kozmik tarihte daha da ileriye taşımak için çalışıyorlar; hedefleri evren yalnızca üç milyar yıl yaşındayken bir çağı incelemeye çalışmak.
"Uzun süredir astrofizikçiler bu tür bir teleskop ile bu hidrojen haritalama tekniğinde büyük bir potansiyel olduğuna inanıyor. Tekniğin pratikte işlediğini gerçekten göstererek evren hakkında yepyeni bir pencere açtık. Mevcut teorilerimizi test etmek ve galaksiler ve evrenin diğer özellikleri hakkında yeni şeyler öğrenmek için kullanabiliriz," dedi ortak yazar Dr. Simon Foreman, Arizona Eyalet Üniversitesi'nde yardımcı doçent.
Bu proje Kanada İnovasyon Vakfı, Kanada Ulusal Araştırma Konseyi, Doğal Bilimler ve Mühendislik Araştırma Konseyi ve Britanya Kolumbiyası, Ontario ve Quebec eyaletleri tarafından finanse ediliyor ve Kanada Dijital Araştırma İttifakı tarafından destekleniyor.
