Observation of 26 cm রেডিও signals, formed due to hyperfine transition of cosmic hydrogen offer an alternative tool to the study of early বিশ্ব. As for neutral epoch of the infant বিশ্ব when no light was emitted, 26 cm lines are perhaps only window. However, these redshifted রেডিও signals emitted by cosmic hydrogen in the early বিশ্ব 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 বিশ্ব and help us much in unravelling the mysteries of early বিশ্ব.
এর পড়াশুনার কথা যখন আসে প্রারম্ভিক মহাবিশ্ব, name of recently launched জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ (JWST) pops up in our mind. জেডব্লিউএসটি, a successor of hugely successful হাবল telescope, is a স্থান-based, infrared observatory equipped to capture optical/infrared signals from the early stars and galaxies formed in the বিশ্ব soon after the Big Bang1। যাহোক, জেডব্লিউএসটি has some limitation so far as picking up signals from the neutral epoch of প্রারম্ভিক মহাবিশ্ব উদ্বিগ্ন.
Table: Epochs in the history of বিশ্ব since the Big Bang
(সূত্র: কসমোলজির দর্শন – 21 সেমি ব্যাকগ্রাউন্ড। এ উপলব্ধ http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
Up to 380 k years after the big bang, the বিশ্ব was filled with ionised gas and was fully opaque. Between 380k – 400 million years, the বিশ্ব 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 বিশ্ব, যখন বিশ্ব 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 বিশ্ব 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 সেমি রেডিও জ্যোতির্বিদ্যা: Observation of 21-centimeter cosmic hydrogen signals offers an alternative approach to the study of early বিশ্ব 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 বিশ্ব 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 সালে, গবেষকরা 78 মেগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সিতে এই ধরনের একটি রেডিও সংকেত সনাক্ত করার কথা জানিয়েছিলেন যার প্রোফাইল মূলত আদিম মহাজাগতিক হাইড্রোজেন দ্বারা নির্গত 21-সেন্টিমিটার সিগন্যালের প্রত্যাশার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ছিল।4. কিন্তু আদিম 21-সেমি রেডিও সংকেতের এই সনাক্তকরণটি স্বাধীনভাবে নিশ্চিত করা যায়নি তাই পরীক্ষার নির্ভরযোগ্যতা এখনও পর্যন্ত প্রতিষ্ঠিত করা যায়নি। প্রধান সমস্যাটি ফোরগ্রাউন্ড রেডিও সংকেতগুলির সাথে দূষণ বলে মনে হচ্ছে।
সর্বশেষ মাইলফলক হল 21 জুলাই 2022-এ মহাজাগতিক হাইড্রোজেন (REACH) বিশ্লেষণের জন্য রেডিও এক্সপেরিমেন্টের রিপোর্ট। REACH এই দুর্বল অধরা মহাজাগতিক রেডিও সংকেতগুলি সনাক্ত করতে অভিনব পরীক্ষামূলক পদ্ধতি ব্যবহার করবে এইভাবে 21-সেন্টিমিটার মহাজাগতিক সংকেত নিশ্চিত করার জন্য একটি নতুন আশা প্রদান করবে।
মহাজাগতিক হাইড্রোজেন বিশ্লেষণের জন্য রেডিও এক্সপেরিমেন্ট (রিচ) একটি আকাশ-গড় 21-সেমি পরীক্ষা। এটি ডেটাতে অবশিষ্ট পদ্ধতিগত সংকেতগুলির সাথে সম্পর্কিত যন্ত্রগুলির মুখোমুখি সমস্যাগুলি পরিচালনা করে পর্যবেক্ষণগুলিকে উন্নত করার লক্ষ্য করে৷ এটি Bayesian পরিসংখ্যান ব্যবহার করে ফোরগ্রাউন্ড এবং মহাজাগতিক সংকেতগুলির সাথে একত্রে সিস্টেমেটিক্স সনাক্তকরণ এবং যৌথভাবে ব্যাখ্যা করার উপর ফোকাস করে। পরীক্ষায় দুটি ভিন্ন অ্যান্টেনা, একটি আল্ট্রা-ওয়াইডব্যান্ড সিস্টেম (রেডশিফ্ট রেঞ্জ প্রায় 7.5 থেকে 28) এবং ইন-ফিল্ড পরিমাপের উপর ভিত্তি করে একটি রিসিভার ক্যালিব্রেটর সহ একযোগে পর্যবেক্ষণ জড়িত।
This development is significant given its potential to be one of the best tools (and cost effective too vis-a-vis স্থান-based observatories like জেমস ওয়েব) for study of early বিশ্ব as well as possibility of ushering in of new fundamental physics.
***
তথ্যসূত্র:
- প্রসাদ ইউ., 2021. জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ (জেডব্লিউএসটি): প্রথম মহাকাশ পর্যবেক্ষণ কেন্দ্র প্রারম্ভিক মহাবিশ্বের অধ্যয়নের জন্য নিবেদিত। বৈজ্ঞানিক ইউরোপীয়. 6 নভেম্বর 2021 পোস্ট করা হয়েছে। এখানে উপলব্ধ http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- প্রিচার্ড JA এবং Loeb A., 2012. 21 তম শতাব্দীতে 21 সেমি বিশ্বতত্ত্ব। পদার্থবিদ্যায় অগ্রগতির প্রতিবেদন 75 086901। এ উপলব্ধ https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv-এ প্রিপ্রিন্ট উপলব্ধ https://arxiv.org/abs/1109.6012 পিডিএফ সংস্করণ https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়. কসমোলজির দর্শন – 21 সেমি ব্যাকগ্রাউন্ড। সহজলভ্য http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. আকাশ-গড় বর্ণালীতে 78 মেগাহার্টজ কেন্দ্রিক একটি শোষণ প্রোফাইল। প্রকৃতি 555, 67–70 (2018)। https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. রেডশিফ্ট z ≈ 21–7.5 থেকে 28-সেমি হাইড্রোজেন সংকেত সনাক্ত করার জন্য REACH রেডিওমিটার। ন্যাট অ্যাস্ট্রন (2022)। https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. REACH রেডিওমিটার দিয়ে শিশু মহাবিশ্বের রহস্য উন্মোচন করা। অনলাইনে উপলব্ধ https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
***
