رازهای کیهان در آستانه افشا: آیا نور ازلی را خواهیم دید؟
آیا تا به حال به این فکر کردهاید که جهان هستی از کجا آمده است؟ چه چیزی قبل از شکلگیری کهکشانها و ستارگان وجود داشته است؟ دانشمندان در تلاش برای یافتن پاسخ این سوالات، در حال کاوش در تاریکترین دوران کیهان، موسوم به “عصر تاریک کیهانی” هستند. دورانی که پیش از پیدایش نخستین ستارگان و کهکشانها وجود داشته و اطلاعات ارزشمندی در مورد چگونگی شکلگیری جهان در خود جای داده است.
برای درک بهتر این موضوع، با ما همراه باشید تا به بررسی تلاشهای دانشمندان برای آشکارسازی رازهای این دوران تاریک بپردازیم.
تلاش برای شنیدن صدای آغازین جهان
در یکی از روزهایی که میتوانست پرافتخارترین روز در دوران فعالیت طولانی جک برنز (Jack Burns) در عرصه نجوم باشد، او در ساحل نشسته بود. قوانین دینامیک مداری و برنامههای پرتاب فضایی منتظر کسی نمیمانند و برنز نمیتوانست سفر خانوادگی از قبل برنامهریزی شدهاش را لغو کند. بنابراین در فوریه ۲۰۲۴، در حالی که در تعطیلات در مائویی به سر میبرد و بهبود موفقیتآمیز خود از سرطان را در سال قبل جشن میگرفت، برنز به پخش زنده از مرکز کنترل ماموریت شرکت هوافضای خصوصی Intuitive Machines گوش میداد. فضاپیمای فرودگر Odysseus این شرکت در آستانه تبدیل شدن به اولین فضاپیمای تجاری بود که روی ماه فرود میآمد.
این فضاپیما حامل ابزاری برای پروژهای بود که برنز در طراحی آن کمک کرده بود: مجموعهای از چهار آنتن که برای گوش دادن به امواج رادیویی در سطح ماه طراحی شده بودند – اولین گام کوچک به سوی تنظیم و دریافت سیگنالهایی از نخستین روزهای جهان هستی. در حالی که برنز گوش میداد، Odysseus روی سطح ماه فرود آمد – و سپس واژگون شد. ابزار برنز، یعنی آزمایش Radio wave Observation at the Lunar Surface of the photoElectron Sheath (ROLSES)، به مدت ۲۵ دقیقه دادهها را ثبت کرد. برنز در یک گفتگوی ویدیویی با ابراز خوشحالی به یاد آورد: “این ابزار همچنان به اندازه کافی کارآمد بود که بتوانیم آنتنهای خود را مستقر کنیم و مقداری داده به دست آوریم، بنابراین میتوانیم اعلام کنیم که عصر اخترشناسی رادیویی در ماه آغاز شده است.” وی افزود: “دانشجویانم میگویند، ‘اوه، این ناامید کننده است،’ و من میگویم، ‘حق با شماست، اما از دیدگاه من به آن نگاه کنید. ببینید چقدر طول کشید تا به اینجا برسیم.'”
این آزمایش کوتاه مدت، نقطه عطفی در دوران حرفهای برنز، استاد بازنشسته دانشگاه کلرادو بولدر (University of Colorado Boulder) بود و همچنین برای نسل جدیدی از کیهانشناسان اخترشناسی رادیویی که اکنون رهبری را بر عهده میگیرند، یک موهبت محسوب میشد. تجزیه و تحلیل دادههای به دست آمده در این چند دقیقه میتواند به دانشمندان در طراحی یک رصدخانه رادیویی قمری کامل کمک کند. چنین مأموریتی به محققان این امکان را میدهد تا از میان تمام نورهای موجود عبور کنند و تا اولین نور جهان هستی، یعنی زمان قبل از کهکشانها یا ستارگان، حتی قبل از اولین مولکولها را رصد کنند – به مرحلهای به نام “عصر تاریک” که در آن هیچ چیز جز الکترونهایی که به دور اتمهای هیدروژن میچرخند، وجود نداشت.
آغاز کیهان: از عصر تاریک تا سپیده دم کیهانی
پایان “عصر تاریک کیهانی” و آغاز “سپیده دم کیهانی” نشان دهنده زمانی است که جهان آنطور که ما میشناسیم شروع به شکلگیری کرد. ما نمیتوانیم به این دوران کیهانی نگاه کنیم. اما با تشخیص تابش کم نور و طول موج بلند از اتمهای در حال ارتعاش این دوران، ممکن است بتوانیم تصویری دقیقتر از دلیل شکل کنونی جهان هستی و چگونگی شکلگیری آن به دست آوریم.
ROLSES از جمله اولین تلاشها در این مرز جدید بود. پروژه Lunar Surface Electromagnetics Experiment که توسط ناسا (NASA) تأمین مالی میشود و قرار است در سال ۲۰۲۶ با یک فضاپیمای تجاری دیگر روی ماه فرود آید، به منظور بررسی این سوالات، به اخترشناسی رادیویی فرکانس پایین نیز خواهد پرداخت. این دو مأموریت به دهها مأموریت دیگر مستقر در دورافتادهترین مناطق زمین میپیوندند که همگی با هدف مطالعه این دوران بینور جهان هستی، یعنی “عصر تاریک کیهانی” و طلوع “سپیده دم کیهانی” انجام میشوند.
سارا بوسمن (Sarah Bosman)، پژوهشگر اوایل دوران حرفهای خود که در حال مطالعه “سپیده دم کیهانی” است و تیمی را در دانشگاه هایدلبرگ (University of Heidelberg) در آلمان رهبری میکند، میگوید: “صادقانه بگویم، در حال حاضر از زمانی که هنوز کهکشانی وجود نداشته، تقریباً هیچ کاری نمیتوانیم انجام دهیم.” اما با شروع نسل جدیدی از آزمایشها، همه چیز در شرف تغییر است. وی میافزاید: “مقدار زیادی پول صرف رصدخانهها برای دیدن این [دوران] میشود؛ ما اکنون ۵۰ سال است که در مورد این موضوع صحبت میکنیم.”
همه چیز با انفجار عظیم انرژی که به نام “مهبانگ” (Big Bang) شناخته میشود، آغاز شد. در عرض چند ثانیه، جهان به اندازه کافی سرد شد تا اولین پروتونها، نوترونها، الکترونها و فوتونها جرقه بزنند و در عرض چند دقیقه، این بلوکهای سازنده به هم پیوستند تا اولین هستههای هیدروژن و هلیوم را تشکیل دهند. پس از حدود ۳۸۰ هزار سال، جهان به اندازه کافی سرد شد تا این پروتونها و نوترونها الکترونهای آزاد را بگیرند و اولین اتمهای از نظر الکتریکی خنثی را تشکیل دهند. برای اولین بار، فوتونها از برخورد با الکترونهای آزاد دست کشیدند و توانستند در سراسر جهان جریان یابند. این فرآیند که به طور گیجکنندهای “بازترکیب” نامیده میشود – در واقع اولین ترکیب واقعی اجزای اتمی بود – نور “تابش زمینه کیهانی” (CMB) را که در تمام فضا نفوذ میکند، آزاد کرد. دقیقترین نقشه این پس زمینه مربوط به ماهواره پلانک (Planck satellite) است، یک رصدخانه فضایی اروپایی که در سال ۲۰۰۹ برای مطالعه این نور پرتاب شد.
در پرتو تابان CMB، جهان به پر شدن از اتمهای خنثی ادامه داد. بدون وجود ستارهای که از میان گاز بتابد، تاریکی برای ۵۰ میلیون سال آینده پابرجا ماند. اتمهای هیدروژن تمام فوتونهای باقیمانده از مهبانگ را جذب کردند و جهان را در مه فرو بردند. ماده تاریک به طور نامرئی در طول این “عصر تاریک کیهانی” به هم چسبیده و گرانش بیصدا ماده را برای تشکیل ابرساختار جهان هدایت میکرد. در حالی که گرانش مشغول کار بود، نوسانات تصادفی در چگالی ماده در حال ترسیم مسیر جهان بودند.
حدود ۵۰ میلیون تا ۱۰۰ میلیون سال پیش، گرانش اتمهای هیدروژن را به هم کشید و اولین ستارگان را مشتعل کرد. نور فرابنفش درخشان آنها گاز خنثی را دوباره شارژ کرد، الکترونها را از اتمها خارج کرد و به هستههای اتمی بارهای مثبت داد. این پایان “عصر تاریک” آغاز “سپیده دم کیهانی” را رقم زد – دوران دیگری که اکنون میتوانیم آن را مطالعه کنیم.
در نقطهای از “سپیده دم کیهانی”، اولین ستارگان به اندازه کافی درخشان درخشیدند تا از ترکیب مجدد هستههای هیدروژن با الکترونها به اتمهای خنثی جلوگیری کنند و به “عصر تاریک” برای همیشه پایان دهند. این تغییر، “دوران یونیزاسیون مجدد” نامیده میشود و زمانی است که جهان دوباره در برابر نور شفاف شد. در نهایت در طول این دوره – ما دقیقاً نمیدانیم چه زمانی یا چگونه این اتفاق افتاد – گرانش اولین ستارگان را به اولین کهکشانها و خوشههای کهکشانی سوق داد. اکنون نور حاصل از آن اولین کهکشانها به ابزارهای فروسرخ “تلسکوپ فضایی جیمز وب” (JWST) نفوذ میکند و با نشان دادن اینکه جهان اولیه به طرز چشمگیری درخشانتر از حد انتظار بوده است، همه را شگفتزده میکند. آن اجرام اولیه و درخشان ممکن است نور استعاری بر “دوران یونیزاسیون مجدد” بتابانند.
شارلوت میسون (Charlotte Mason)، اخترفیزیکدان در دانشگاه کپنهاگ (University of Copenhagen) میگوید: “با دادههای پلانک، ما تصویری از چگالیهای جهان ۳۸۰ هزار سال پس از مهبانگ داریم. و بعداً تصویری از تمام کهکشانها از بررسی دیجیتال آسمان اسلون (Sloan Digital Sky Survey)، بررسی انرژی تاریک (Dark Energy Survey)، جیمز وب و سایر موارد داریم. اما چیزی بین آنها نداریم.”
منشاء کیهان داستانی است که میتوانیم از طریق گرانش و فیزیک ذرات آن را بازگو کنیم، اما چیزی که از دست دادهایم و باید درک کنیم این است که چگونه اولین نور ستارگان مسیر کل جهان را تغییر داد.
دانشمندان سوالات بیشماری دارند. آیا کهکشانها ستارگان را با انفجارهای خشمگین تولید کردند؟ آیا دورهای از “یونیزاسیون مجدد دیسکو” وجود داشته است که در آن جهان در یک الگوی مداوم روشن و سپس دوباره تاریک میشد؟ آیا یونیزاسیون مجدد فقط یک بار اتفاق افتاده یا شاید دو بار؟ آیا در مقیاس محلی در مناطق کیهانی خاصی رخ داده است یا همه جا به طور همزمان روشن شده است؟
سانگیتا مالهوترا (Sangeeta Malhotra)، اخترفیزیکدان در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا (NASA Goddard Space Flight Center) میگوید: “چیزهای زیادی در مورد شکلگیری کهکشانها وجود دارد که نمیدانیم.” وی اضافه میکند: “شعار من به عنوان یک رصدگر این است که هر چیزی که ممکن است اتفاق بیفتد، اتفاق خواهد افتاد.”
به دنبال قدیمیترین نور: چالشها و امیدها
به دلیل انبساط شتابدار جهان، اخترشناسان میتوانند استنباط کنند که اجرام در فواصل بسیار دور، در زمانهای بسیار دور قرار دارند. کشیدگی نور آنها به طول موجهای بلندتر، که به عنوان انتقال به سرخ (redshift) شناخته میشود، سن آنها را به ما میگوید.
اما هنگامی که دانشمندان خیلی دور را میبینند، با معماهایی روبرو میشوند. مشاهدات JWST از گذشته دور از بسیاری جهات با فیزیک نظری در تضاد است. یکی از این اختلافات شگفتانگیز، مربوط به جدول زمانی “عصر تاریک کیهانی”، “دوران یونیزاسیون مجدد” و “سپیده دم کیهانی” است.
در سال ۲۰۲۲، بوسمن و همکارانش از ۶۷ اختروش (کهکشانهایی با سیاهچالههای فوقالعاده پرجرم درخشان در مرکز خود) استفاده کردند تا تعیین کنند که “سپیده دم کیهانی” ۱.۱ میلیارد سال پس از مهبانگ، یعنی ۲۰۰ میلیون سال دیرتر از آنچه قبلاً تصور میشد، به پایان رسیده است – به این معنی که یونیزاسیون مجدد کامل شده است. زمانبندی این رویداد برای بیش از دو دهه موضوع بحث و جدال بوده است. اما سپس JWST وارد صحنه شد. بر اساس مشاهدات JWST در ماه مه ۲۰۲۴، کهکشانهای فوقالعاده درخشان و عظیم، ۷۵۰ میلیون سال قبل از پایان “سپیده دم کیهانی” به شدت میدرخشیدند. اگر آنها به اندازه کافی درخشان بودند که تمام گاز خنثی را دوباره یونیزه کنند، چرا این فرآیند – یونیزاسیون مجدد – اینقدر طول کشید؟
کهکشان JADES-GS-z14-۰، رکورددار فعلی قدیمیترین کهکشان شناخته شده است که در انتقال به سرخ ۱۴.۱۸ یافت شده است، به این معنی که ما آن را همانطور که ۳۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ ظاهر شده است، میبینیم. این کهکشان به افتخار برنامه جستجوی JWST که آن را یافته است، نامگذاری شده است. هنگامی که این کهکشان برای اولین بار درخشید، جهان فقط ۲ درصد از سن فعلی خود را داشت و پایان یونیزاسیون مجدد هنوز صدها میلیون سال در آینده بود.
بوسمن میگوید: “این کهکشانهای درخشان باید میتوانستند یونیزاسیون مجدد را زودتر از این به پایان برسانند.” محققان اکنون مطمئن نیستند که کدام یک اشتباه است: اندازهگیریهای ما از روشنایی ستارهای یا نظریههای ما. اگر مورد دوم درست باشد، مدلهای جدیدی برای توضیح کهکشانهای فوقالعاده درخشان ضروری خواهد بود. احتمالاً دادههای منتشر شده توسط JWST در چند سال آینده سوالات بیشتری را مطرح خواهد کرد.
برخی از اخترفیزیکدانان استدلال میکنند که تعداد کمی از کهکشانهای فوقالعاده درخشان میتوانستهاند گاز را دوباره یونیزه کنند و به نور اجازه عبور از جهان را بدهند. جکی شامپاین (Jackie Champagne)، پژوهشگر فوق دکترا در دانشگاه آریزونا (University of Arizona) که “دوران یونیزاسیون مجدد” را مطالعه میکند، میگوید: “یا این میتواند کار تعداد زیادی کهکشان کم نور باشد که اکنون نمیتوانیم ببینیم و شاید هرگز نبینیم.” پروژههایی که هدف آنها بررسی “عصر تاریک کیهانی” و “سپیده دم کیهانی” است، تلاش خواهند کرد تا قدیمیترین و اولین اجسامی را بیابند که نور را به جهان وارد کردهاند.
شامپاین میگوید: “هرچه به دیدن “سپیده دم کیهانی” نزدیکتر میشویم، باید کهکشانهای کوچکتر، کم نورتر و تعداد کمتری از آنها را ببینیم.” وی اضافه میکند: “باید به حدی برسیم که دیگر هیچ کهکشانی برای دیدن وجود نداشته باشد.”
نقش هیدروژن در آشکارسازی رازهای کیهان
مطالعه کهکشانها یکی از راههای پاسخ به سؤالات مربوط به اولین نور در جهان هستی است. راه دیگر، مطالعه آنچه قبل از شکلگیری کهکشانها وجود داشته است: گاز هیدروژن خنثی قبل از یونیزه شدن مجدد. از آنجایی که این هیدروژن اتمی باستانی در طول “عصر تاریک” وجود داشته است، نمیتوانیم آن را مستقیماً ببینیم. اما راههایی برای نقشهبرداری از حضور آن وجود دارد.
مالهوترا کهکشانهایی را مطالعه میکند که نوری را در طول موج خاصی ساطع میکنند که مشخصه ترکیب مجدد هیدروژن است – لحظهای که اتمهای خنثی تشکیل شدند. این طول موج در طیف نور یک کهکشان به شکل یک برجستگی به نام خط طیفی لیمان-آلفا (Lyman-alpha spectral line) قابل مشاهده است (این کهکشانها، ساطعکنندههای لیمان-آلفا (Lyman-alpha emitters) نامیده میشوند). مالهوترا میگوید: “بررسی این اجرام میتواند به اخترشناسان در ساخت نقشهای از “سپیده دم کیهانی” کمک کند، اما این امر مستلزم مطالعه بخش بزرگی از آسمان در طول موجهای مناسب نور است.” تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman Space Telescope) ناسا که قرار است در ماه مه ۲۰۲۷ پرتاب شود، در نهایت باید این اطلاعات را ارائه دهد. مالهوترا با ابراز امیدواری میگوید: “این فوقالعاده است. با رومن، ما واقعاً مشتاقانه منتظر علم بزرگی هستیم.”
در همین حال، ۱۰ آزمایش در حال برنامهریزی بر روی زمین و حداقل دو آزمایش طراحی شده برای ماه نیز تلاش خواهند کرد تا زمان تاریکی را مطالعه کنند. این آزمایشها باید در محیطهای بکر مانند یک سکوی شناور در وسط یک دریاچه، در قطب شمال یا روی ماه، جایی که سیگنالهای رادیویی FM نمیتوانند در مشاهدات اختلال ایجاد کنند، انجام شوند.
سینتیا چیانگ (Cynthia Chiang)، کیهانشناس تجربی در دانشگاه مکگیل (McGill)، روی رصدخانههای کوچکی کار میکند – تقریباً به اندازه یک میز غذاخوری – که میتوانند به صدای کمنور جهان گوش دهند. در پروژه فعلی خود، چیانگ این آنتنها را در مناطق مرتفع قطب شمال کانادا مستقر میکند که عاری از سیگنالهای پخش و سایر آلودگیهای رادیویی است. در حالی که تلسکوپهای رادیویی مانند آرایه بسیار بزرگ (Very Large Array) و آرایه کیلومتر مربعی (Square Kilometer Array) برای تولید تصاویر ساخته شدهاند، کار چیانگ بیشتر شبیه به یک تیونر رادیویی خودرو است که میتواند تمام ایستگاهها را به طور همزمان اسکن کند. ROLSES اهداف مشابهی داشت و مطالعه محیط ماه در فرکانسهای رادیویی میتواند به اخترشناسان کمک کند تا تعیین کنند که چگونه فعالیتهای طبیعی و ساخته دست بشر میتوانند در عملیاتهای بعدی و حساستر اختلال ایجاد کنند. چیانگ میگوید: “این آزمایشها به آشکارسازی بخشی از تاریخ اولیه جهان هستی کمک خواهند کرد.”
چیانگ در تشبیهی جالب میگوید: “اگر آن را از نظر طول عمر انسان در نظر بگیریم، دوره اولین ستارگان با سن یک کودک نوپا مطابقت دارد.” اگرچه ظاهر انسانها با رشد کمی تغییر میکند، اما در اوایل کودکی بسیاری از ما از قبل شبیه بزرگسالانی بودیم که در نهایت به آنها تبدیل میشدیم. چیانگ میگوید: “به همین ترتیب، اخترشناسان میتوانند از تاریخ اولیه کیهانی برای استنباط در مورد چگونگی تبدیل شدن جهان به شکل امروزی خود استفاده کنند.”
جستجوی نور پنهان: امواج ۲۱ سانتیمتری
اما جستجوی تصاویر نوزادی از جهان هستی، مانند جستجوی شعله شمع در داخل خورشید است. اطلاعات توسط همه چیز دیگر تحتالشعاع قرار میگیرد. برای دیدن آن، آخرین نسل از آزمایشهای اخترشناسی دوران تاریک به یک ترفند فیزیک اتمی تکیه میکنند.
هنگامی که جهان پر از هیدروژن خنثی بود، کدر بود زیرا اتمها نمیتوانستند با فوتونها تعامل داشته باشند. هیدروژن میتوانست به سادگی در فضا شناور شود، اما فوتونهای ناشی از مهبانگ اساساً در میان آنها به دام افتاده بودند. با این حال، هنوز نوری وجود داشت که میتوانستیم درک کنیم زیرا اتمهای هیدروژن به طور طبیعی از خود نور ساطع میکنند. الکترون چرخان یک اتم ترجیح میدهد خود را عمود بر پروتون چرخان هسته قرار دهد. اگر این همترازیها برعکس شوند، انرژی در اتم کمی تغییر میکند و اتم با انتشار فوتونی با طول موج ۲۱ سانتیمتر، آن انرژی را خارج میکند. اخترشناسان تلاش میکنند تا این انتقال را با جستجوی سیگنالهای رادیویی که مربوط به آن موج نوری به طول ۲۱ سانتیمتر هستند، ببینند. برای ابزارهای ما، این مانند یک انتقال ۱,۴۲۰ مگاهرتز است.
این درخشش کم نور ناشی از انتقال اسپین (spin transition)، منظرهای نادر است؛ در نور اولین ستارگان محو میشود. اما جهان پیر و بزرگ است، بنابراین مکانهای زیادی برای جستجوی آن وجود دارد. با گذشت زمان، طول موج ۲۱ سانتیمتر کشیده میشود، بسته به اینکه چه مدت قبل از رسیدن به ظروف رادیویی ما، از طریق جهان در حال انبساط حرکت کرده باشد. این بدان معناست که فوتونهای ۲۱ سانتیمتری زمانی که آنها را روی زمین یا ماه میبینیم، طول موجهای بلندتری خواهند داشت و این طول موجها اطلاعاتی در مورد زمان تولید نور به ما میدهند. اگر اخترشناسان بتوانند این نور اسپین-فلیپ (spin-flip light) را نقشهبرداری کنند، مشابه نحوه نقشهبرداری از تابش زمینه کیهانی، میتوانند چیزی شبیه به یک فیلم تایملپس (time-lapse) از جهان هستی از ابتدا تا کنون ایجاد کنند.
چیانگ میگوید: “اگر تصور کنید که به رادیو اتومبیل خود گوش میدهید و تمام ایستگاهها را اسکن میکنید، در واقع به میزان صدای کلی آن گوش میدهید.” وی اضافه میکند: “سیگنالی که ما به دنبال آن هستیم، تعداد انگشت شماری از ایستگاهها در وسط است که کمی ساکتتر از بقیه هستند.”
رفتار سیگنال ۲۱ سانتیمتری به ویژگیهای اولین ستارگان مربوط میشود، که هیدروژن را دوباره یونیزه کرده و اجازه داد تا نور وجود داشته باشد. چیانگ میگوید: “ما هرگز نمیتوانیم خود ستارگان را به صورت جداگانه مشاهده کنیم، اما میتوانیم خواص و آنچه را که به آنها نیرو میبخشیده است، ببینیم.”
تاکنون هیچکس به طور قطعی به “عصر تاریک کیهانی” نگاه نکرده است، اگرچه یک آزمایش ادعا کرده است که خط هیدروژن ۲۱ سانتیمتری را از ۱۸۰ میلیون سال پس از مهبانگ شناسایی کرده است. در سال ۲۰۱۸، پروژه “آزمایش برای شناسایی امضای جهانی دوران یونیزاسیون مجدد” (Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature) سیگنالی را گزارش کرد که نشان میداد یا گاز هیدروژن نافذ در اوایل جهان سردتر از حد انتظار بوده یا تابش پسزمینه بسیار قویتر از حد انتظار بوده است.
آزمایشهای پیگیری این یافته را تکرار نکردهاند، اما اخترشناسان رادیویی در سراسر جهان در حال آماده شدن برای موج جدیدی از جستجوها هستند. رصدخانههایی مانند آرایه فرکانس پایین (Low-Frequency Array)، آرایه دوران یونیزاسیون مجدد هیدروژن (Hydrogen Epoch of Reionization Array)، آرایه میدان دید وسیع مورچیسون (Murchison Widefield Array) و آزمایش با دیافراگم بزرگ برای شناسایی اعصار تاریک (Large-Aperture Experiment to Detect the Dark Ages) در حال تولید اولین طرحهای کلی نقشه ۲۱ سانتیمتری هستند. به زودی، آرایه کیلومتر مربعی که در حال ساخت در استرالیا و آفریقای جنوبی است، قادر خواهد بود تمام کیهان را برای سیگنال ۲۱ سانتیمتری اسکن کند. مالهوترا هشدار میدهد، هنوز کارهای زیادی برای جدا کردن پژواک ضعیف یک الکترون در حال چرخش از صدای نویز جهان وجود دارد. وی میگوید: “باید بر نویز بین ما و فوتونها غلبه کرد. ما این نوع ستارهشناسی را به طور کامل درک نمیکنیم.”
ماه: دروازهای به سوی درک اعصار تاریک کیهانی
بهترین امیدی که دانشمندان برای درک “عصر تاریک کیهانی” دارند، دور شدن از نویز رادیویی زمین و رفتن به ماه است – هدف نهایی برنز، که تمام دوران حرفهای خود را امیدوار بوده است تا این دوران کیهانی را از آن نقطه دید مشاهده کند.
از روی ماه، اخترشناسان میتوانند یک نقشه دست نخورده از هیدروژن خنثی اولیه جهان هستی ایجاد کنند. اندازهگیری عمق و عرض سیگنال هیدروژن، ماهیت اولین ستارگان را آشکار میکند: اینکه چقدر جرم داشتهاند، چقدر نور فرابنفش تولید کردهاند، چقدر داغ بودهاند و موارد دیگر. برنز میگوید: “ما ممکن است هرگز آنها را مستقیماً نبینیم، اما میتوانیم محیط آنها را ببینیم و سعی کنیم بفهمیم که آنها چگونه بودهاند.” وی اضافه میکند: “فقط از طیف، قادر خواهیم بود تمام آن خواص مربوط به “سپیده دم کیهانی” را استنباط کنیم.”
آزمایش Lunar Surface Electromagnetics Experiment که با نام مستعار LuSEE-Night نیز شناخته میشود، زمانی که در سال ۲۰۲۶ پرتاب شود، به این شکار خواهد پیوست. این فضاپیما که توسط ناسا و وزارت انرژی ایالات متحده (U.S. Department of Energy) در حال ساخت است، با فرودگر تجاری Blue Ghost شرکت Firefly Aerospace به ماه خواهد رفت. LuSEE-Night پس از قرار گرفتن در سمت دور ماه، از یک باتری عظیم برای زنده ماندن در شبهای سرد ماه استفاده خواهد کرد – زمانی مناسب برای گوش دادن به رقص دور الکترونهای باستانی. برنز میگوید: “اگر این مأموریت موفقیتآمیز باشد، اولین آزمایش کیهانشناسی قمری خواهد بود – اما آخرین نخواهد بود.”
او یک تلسکوپ کیهانشناسی در اندازه کامل در سمت دور ماه تصور میکند که با استفاده از خاک ماه ساخته شده است. یک پیشنهاد به نام FarView، خواستار ساخت آنتنهای شبکهای روی ماه با استخراج فلزات و عناصری مانند اکسیژن از گرد و غبار ماه و سپس تولید قطعات در محل است. در سمت دور، خود ماه از ورود صدای ناهنجار رادیویی زمین جلوگیری میکند و به آن فوتونهای ضعیف ۲۱ سانتیمتری اجازه میدهد تا به وضوح از میان نویز برجسته شوند.
برای جانبازانی مانند برنز، این پیشرفتها مدت زیادی در راه بودهاند. برنز اولین ارائه خود را در مورد یک تلسکوپ رادیویی قمری در سال ۱۹۸۴ در یک کنفرانس علوم قمری و سیارهای در هیوستون ارائه کرد. او میگوید: “هرگز فکر نمیکردم که ۴۰ سال طول بکشد تا این [هدف] محقق شود. خوشحالم که آن را در طول عمرم میبینم.”
اما برنز همچنین خوشحال است که مشعل را تحویل میدهد. وی میگوید: “اینجا جایی است که شروع میشود: ما سرنخهایی را جمعآوری میکنیم، دادهها را جمعآوری میکنیم، ابزارهای خود را اصلاح میکنیم.” در سالهای آینده، دانشمندان مأموریتهای جدیدی را به ماه پرواز خواهند داد، تجربه بیشتری کسب خواهند کرد و در نهایت ابزار رویایی خود را نصب خواهند کرد. او میگوید: “ما در نهایت آن را حل خواهیم کرد. یا حداقل کسی این کار را خواهد کرد.” برنز از دانشمندان جوانی که اکنون به این تلاش میپیوندند – دانشجویان، محققان فوق دکترا و اساتید تازهکار – که تلاشهای آینده را رهبری خواهند کرد، امید میگیرد. وی میگوید: “آنها کسانی هستند که قرار است این اتفاق را رقم بزنند. دیدن اینکه آنها حس کشفی را که در پیش رویشان است، درک میکنند، هیجانانگیز است.”
