ການສຶກສາຂອງ Early Universe: REACH Experiment ເພື່ອກວດພົບເສັ້ນ 21-cm elusive ຈາກ Cosmic Hydrogen 

ການສັງເກດ ສັນຍານ ວິທະຍຸ ຂະໜາດ 26 ຊມ , ເຊິ່ງເກີດຂຶ້ນຍ້ອນການປ່ຽນແປງທີ່ລະອຽດອ່ອນຂອງໄຮໂດຣເຈນໃນຈັກກະວານ ເປັນເຄື່ອງມືທາງເລືອກອື່ນແທນການສຶກສາ ຈັກກະ ວານໃນຍຸກຕົ້ນໆ . ສຳລັບຍຸກກາງຂອງ ຈັກກະວານ ທີ່ຍັງນ້ອຍ ເມື່ອບໍ່ມີແສງສະຫວ່າງຖືກປ່ອຍອອກມາ, ເສັ້ນຂະໜາດ 26 ຊມ ອາດຈະເປັນພຽງປ່ອງຢ້ຽມເທົ່ານັ້ນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສັນຍານ ວິທະຍຸ ທີ່ເລື່ອນສີແດງເຫຼົ່ານີ້ທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກໄຮໂດຣເຈນໃນ ຈັກ ກະວານໃນຍຸກຕົ້ນໆ ແມ່ນອ່ອນແອຫຼາຍ ແລະ ຍັງຫາຍາກຫຼາຍ. ໃນປີ 2018, ການທົດລອງ EDGE ໄດ້ລາຍງານການກວດພົບສັນຍານຂະໜາດ 26 ຊມ ແຕ່ບໍ່ສາມາດຢືນຢັນການຄົ້ນພົບໄດ້ຢ່າງເປັນອິດສະຫຼະ. ບັນຫາຫຼັກແມ່ນລະບົບຂອງເຄື່ອງມື ແລະ ການປົນເປື້ອນດ້ວຍສັນຍານອື່ນໆຈາກທ້ອງຟ້າ. ການທົດລອງ REACH ແມ່ນເພື່ອນຳໃຊ້ວິທີການທີ່ເປັນເອກະລັກເພື່ອເອົາຊະນະບັນຫາຄໍຂວດ. ຫວັງວ່າກຸ່ມຄົ້ນຄວ້ານີ້ຈະສາມາດກວດພົບສັນຍານທີ່ຫາຍາກເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຢ່າງໜ້າເຊື່ອຖືໃນອະນາຄົດອັນໃກ້ນີ້. ຖ້າປະສົບຜົນສຳເລັດ, ການທົດລອງ REACH ອາດຈະນຳເອົາ 'ດາລາສາດວິທະຍຸຂະໜາດ 26 ຊມ' ມາສູ່ແຖວໜ້າໃນການສຶກສາຈັກກະວານໃນ ຍຸກ ຕົ້ນໆ ແລະ ຊ່ວຍພວກເຮົາຫຼາຍໃນການເປີດເຜີຍຄວາມລຶກລັບຂອງ ຈັກກະວານ ໃນຍຸກຕົ້ນໆ.

ເມື່ອເວົ້າເຖິງການສຶກສາກ່ຽວກັບ ຈັກກະວານໃນຕົ້ນໆ , ຊື່ຂອງ ກ້ອງສ່ອງທາງໄກອະວະກາດ James Webb (JWST) ທີ່ຫາກໍ່ເປີດຕົວບໍ່ດົນມານີ້ ຈະຜຸດຂຶ້ນມາໃນໃຈຂອງພວກເຮົາ. JWST , ເຊິ່ງເປັນກ້ອງສ່ອງທາງໄກສືບທອດຈາກກ້ອງສ່ອງທາງໄກ Hubble ທີ່ປະສົບຜົນສຳເລັດຢ່າງໃຫຍ່ຫຼວງ, ເປັນກ້ອງ ສັງ ເກດ ການ ອິນຟາເຣດທີ່ຕັ້ງຢູ່ໃນອະວະກາດ ເຊິ່ງມີອຸປະກອນທີ່ສາມາດຈັບສັນຍານທາງແສງ/ອິນຟາເຣດຈາກດວງດາວ ແລະ ກາລັກຊີໃນຕົ້ນໆທີ່ກໍ່ຕົວຂຶ້ນໃນ ຈັກກະວານ ຫຼັງຈາກ Big Bang ^1. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, JWST ມີຂໍ້ຈຳກັດບາງຢ່າງໃນດ້ານການຮັບສັນຍານຈາກຍຸກກາງຂອງ ຈັກກະວານໃນຕົ້ນໆ.

ຕາຕະລາງ: ຍຸກສະໄໝໃນປະຫວັດສາດຂອງ ຈັກກະວານ ນັບຕັ້ງແຕ່ Big Bang

(ທີ່ມາ: ປັດຊະຍາຂອງຈັກກະວານວິທະຍາ – ພື້ນຫຼັງ 21 ຊມ. ເບິ່ງໄດ້ທີ່ http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg )

ຈົນຮອດ 380 ປີຫຼັງຈາກເຫດການບິກແບງ, ຈັກກະວານ ເຕັມໄປດ້ວຍອາຍແກັສທີ່ມີໄອອອນ ແລະ ມົວໝົດ. ລະຫວ່າງ 380 – 400 ລ້ານປີ, ຈັກກະວານ ໄດ້ກາຍເປັນກາງ ແລະ ໂປ່ງໃສ. ຍຸກຂອງການຣີໄອອອນໄນເຊຊັນໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນຫຼັງຈາກໄລຍະນີ້ ເລີ່ມຕົ້ນ 400 ລ້ານປີຫຼັງຈາກເຫດການບິກແບງ.

ໃນຊ່ວງຍຸກກາງຂອງ ຈັກກະວານ ຕົ້ນໆ , ເມື່ອ ຈັກກະວານ ເຕັມໄປດ້ວຍອາຍແກັສທີ່ເປັນກາງ ແລະ ໂປ່ງໃສ, ບໍ່ມີສັນຍານທາງແສງຖືກປ່ອຍອອກມາ (ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເອີ້ນວ່າຍຸກມືດ). ວັດສະດຸທີ່ເປັນເອກະພາບບໍ່ໄດ້ປ່ອຍແສງສະຫວ່າງ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ເກີດສິ່ງທ້າທາຍໃນການສຶກສາ ຈັກກະວານ ຕົ້ນໆ ຂອງຍຸກກາງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ລັງສີໄມໂຄເວຟທີ່ມີຄວາມຍາວຄື້ນ 21 ຊມ (ກົງກັບ 1420 MHz) ທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກໄຮໂດຣເຈນຂອງຈັກກະວານທີ່ເຢັນ ແລະ ເປັນກາງໃນຊ່ວງຍຸກນີ້ເປັນຜົນມາຈາກການປ່ຽນແປງທີ່ລະອຽດອ່ອນ (ຈາກການໝຸນຂະໜານໄປສູ່ການໝຸນຕ້ານຂະໜານທີ່ໝັ້ນຄົງກວ່າ) ສະເໜີໂອກາດໃຫ້ນັກຄົ້ນຄວ້າ. ລັງສີໄມໂຄເວຟ 21 ຊມ ນີ້ຈະຖືກປ່ຽນເປັນສີແດງເມື່ອມາຮອດໂລກ ແລະ ຈະຖືກສັງເກດເຫັນຢູ່ທີ່ຄວາມຖີ່ 200MHz ຫາ 10 MHz ເປັນຄື້ນວິທະຍຸ ^2,3.

ດາລາສາດວິທະຍຸ 21 ຊມ: ການສັງເກດສັນຍານໄຮໂດຣເຈນຂອງຈັກກະວານຂະໜາດ 21 ຊັງຕີແມັດ ສະເໜີວິທີການທາງເລືອກອື່ນໃນການສຶກສາຈັກ ກະວານ ຕົ້ນໆ ໂດຍສະເພາະໄລຍະຍຸກກາງທີ່ບໍ່ມີການປ່ອຍແສງໃດໆ. ສິ່ງນີ້ຍັງສາມາດແຈ້ງໃຫ້ພວກເຮົາຮູ້ກ່ຽວກັບຟີຊິກໃໝ່ເຊັ່ນ: ການແຈກຢາຍຂອງສານຕາມການເວລາ, ພະລັງງານມືດ, ສານມືດ, ມວນນິວຕຣິໂນ, ແລະ ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງແສງ ².

ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ສັນຍານ 21 ຊມ ທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກໄຮໂດຣເຈນໃນຈັກກະວານໃນຊ່ວງຕົ້ນໆ ຂອງຈັກກະວານ ແມ່ນຫາຍາກ. ມັນຄາດວ່າຈະອ່ອນແອຫຼາຍ (ອ່ອນແອກວ່າສັນຍານວິທະຍຸອື່ນໆທີ່ອອກມາຈາກທ້ອງຟ້າປະມານໜຶ່ງແສນເທົ່າ). ດັ່ງນັ້ນ, ວິທີການນີ້ຍັງຢູ່ໃນໄລຍະເລີ່ມຕົ້ນ.

ໃນປີ 2018, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ລາຍງານການກວດພົບສັນຍານວິທະຍຸດັ່ງກ່າວທີ່ຄວາມຖີ່ 78 MHz ເຊິ່ງຮູບແບບຂອງມັນສອດຄ່ອງກັບຄວາມຄາດຫວັງສຳລັບສັນຍານຂະໜາດ 21 ຊັງຕີແມັດທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກໄຮໂດຣເຈນ ⁴ ຂອງຈັກກະວານດັ້ງເດີມ . ແຕ່ການກວດພົບສັນຍານວິທະຍຸຂະໜາດ 21 ຊັງຕີແມັດດັ້ງເດີມນີ້ບໍ່ສາມາດຢືນຢັນໄດ້ຢ່າງເປັນອິດສະຫຼະ ດັ່ງນັ້ນຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືຂອງການທົດລອງຈຶ່ງບໍ່ສາມາດຢືນຢັນໄດ້ຈົນເຖິງປະຈຸບັນ. ບັນຫາຫຼັກເບິ່ງຄືວ່າຈະເປັນການປົນເປື້ອນດ້ວຍສັນຍານວິທະຍຸທີ່ຢູ່ທາງໜ້າ.

ເຫດການຫລ້າສຸດແມ່ນລາຍງານຂອງການທົດລອງວິທະຍຸສໍາລັບການວິເຄາະ Cosmic Hydrogen (REACH) ໃນວັນທີ 21 ກໍລະກົດ 2022. REACH ຈະໃຊ້ວິທີການທົດລອງໃຫມ່ເພື່ອກວດຫາສັນຍານວິທະຍຸ cosmic elusive ທີ່ອ່ອນແອເຫຼົ່ານີ້, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສະເຫນີຄວາມຫວັງໃຫມ່ສໍາລັບການຢືນຢັນຂອງສັນຍານ cosmic 21 ຊັງຕີແມັດ.  

ການທົດລອງທາງວິທະຍຸເພື່ອການວິເຄາະໄຮໂດຣເຈນຂອງຈັກກະວານ (REACH) ແມ່ນການທົດລອງທີ່ມີຄວາມສູງສະເລ່ຍ 21 ຊມ. ນີ້ມີຈຸດປະສົງເພື່ອປັບປຸງການສັງເກດການໂດຍການຈັດການບັນຫາທີ່ເຄື່ອງມືທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບສັນຍານລະບົບທີ່ຍັງເຫຼືອຢູ່ໃນຂໍ້ມູນປະເຊີນ. ມັນສຸມໃສ່ການກວດຈັບ ແລະ ອະທິບາຍຮ່ວມກັນກ່ຽວກັບລະບົບພ້ອມກັບພື້ນໜ້າ ແລະ ສັນຍານຈັກກະວານໂດຍໃຊ້ສະຖິຕິ Bayesian. ການທົດລອງ ກ່ຽວຂ້ອງກັບການສັງເກດການພ້ອມໆກັນກັບສອງເສົາອາກາດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ລະບົບ ultra-wideband (ຊ່ວງ redshift ປະມານ 7.5 ຫາ 28) ແລະ ຕົວປັບທຽບເຄື່ອງຮັບໂດຍອີງໃສ່ການວັດແທກໃນພາກສະໜາມ.

ການພັດທະນານີ້ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ ເນື່ອງຈາກມັນມີທ່າແຮງທີ່ຈະເປັນໜຶ່ງໃນເຄື່ອງມືທີ່ດີທີ່ສຸດ (ແລະ ມີປະສິດທິພາບດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍເມື່ອທຽບກັບ ຫໍສັງເກດການ ໃນອະວະກາດ ເຊັ່ນ James Webb ) ສຳລັບການສຶກສາຈັກ ກະວານ ໃນຕົ້ນໆ ພ້ອມທັງຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃນການນຳເອົາຟີຊິກພື້ນຖານໃໝ່ເຂົ້າມາ.

*** 

ເອກະສານ:  

1. Prasad U., 2021.James Webb Space Telescope (JWST): ຫໍສັງເກດການອະວະກາດແຫ່ງທຳອິດທີ່ອຸທິດໃຫ້ການສຶກສາຈັກກະວານຕອນຕົ້ນ. ວິທະຍາສາດເອີຣົບ. ຂຽນເມື່ອວັນທີ 6 ພະຈິກ 2021. ວາງຈຳໜ່າຍທີ່ http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/

2. Pritchard JA and Loeb A., 2012. 21 cm cosmology in the 21st century. ລາຍງານຄວາມຄືບໜ້າຂອງວິຊາຟີຊິກສາດ 75 086901. ມີທີ່ https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Preprint ຢູ່ arXiv ມີຢູ່ https://arxiv.org/abs/1109.6012  ສະບັບ pdf  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. ມະຫາວິທະຍາໄລ Oxford. ປັດຊະຍາຂອງ Cosmology - ພື້ນຫລັງ 21 ຊມ. ມີຢູ່ http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. ໂປຣໄຟລ໌ການດູດຊຶມທີ່ຕັ້ງຢູ່ຈຸດສູນກາງຢູ່ທີ່ 78 megahertz ໃນສະເປກທຣັມສະເລ່ຍທ້ອງຟ້າ. ທຳມະຊາດ 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. ເຄື່ອງວັດແທກວິທະຍຸ REACH ສໍາລັບການກວດຫາສັນຍານໄຮໂດເຈນ 21 ຊມ ຈາກ redshift z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. ການເປີດເຜີຍຄວາມລຶກລັບຂອງຈັກກະວານເດັກອ່ອນດ້ວຍເຄື່ອງວັດແທກວິທະຍຸ REACH. ມີໃຫ້ອອນໄລນ໌ຢູ່  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***