MeerKAT ने बिना ऑप्टिकल नक्शे की मदद के दूरस्थ हाइड्रोजन पकड़ा

लगभग 4 से 5 अरब वर्ष यात्रा करके MeerKAT रेडियो दूरबीन तक पहुँचा हाइड्रोजन पहचानने योग्य आकाशगंगाओं के समूह जैसा नहीं दिखा। वह अधिक चमकीले रेडियो स्रोतों और पृथ्वी पर बने हस्तक्षेप के नीचे दबे अत्यंत कमजोर सांख्यिकीय पैटर्न के रूप में उभरा। Sourabh Paul, Zhaoting Chen, Mario G. Santos और Laura Wolz की टीम ने इंटरफेरोमेट्रिक तीव्रता-मानचित्रण मोड में इस संकेत के ऑटो-पावर स्पेक्ट्रम की पहली प्रत्यक्ष पहचान बताई है, जिसमें खोज की जगह बताने के लिए किसी ऑप्टिकल आकाशगंगा सूची का सहारा नहीं लिया गया।

यह संकेत तटस्थ परमाण्विक हाइड्रोजन की 21-सेंटीमीटर रेखा से आता है, जिसे रेडियो खगोल विज्ञान में H I लिखा जाता है। हर आकाशगंगा को अलग पहचानने के बजाय तीव्रता मानचित्रण बहुत-सी अनसुलझी आकाशगंगाओं का उत्सर्जन जोड़ता है। पावर स्पेक्ट्रम मापता है कि उस तीव्रता के उतार-चढ़ाव अलग स्थानिक पैमानों पर कैसे बँटे हैं; यह न तस्वीर है, न तैयार त्रि-आयामी नक्शा। इतनी दूरी पर पिछली पहचानें मुख्यतः रेडियो आँकड़ों और ऑप्टिकल सर्वेक्षणों के परस्पर संबंध पर निर्भर थीं। नया परिणाम दिखाता है कि केवल रेडियो अवलोकनों में भी निकाली जा सकने वाली सांख्यिकीय सूचना मौजूद है।

शोधकर्ताओं ने 2018 में कमीशनिंग के दौरान लिए गए लगभग 96 घंटे के अवलोकनों का दोबारा विश्लेषण किया। आँकड़े नौ समूहों में थे और हर समूह में कम से कम 58 एंटेना इस्तेमाल हुए। L बैंड को लगभग 46 मेगाहर्ट्ज़ चौड़ी दो खिड़कियों में बाँटा गया, जिनके केंद्र 1,077.5 और 986 मेगाहर्ट्ज़ थे। ये आवृत्तियाँ क्रमशः रेडशिफ्ट z≈0.32 और z≈0.44 से मेल खाती हैं: रेडशिफ्ट जितना अधिक, ब्रह्मांडीय विस्तार ने तरंग को उतना खींचा और दिखा उत्सर्जन उतना पुराना है। हर खिड़की में मूल 4,000 में से 220 चैनल थे; मूल विभेदन 209 किलोहर्ट्ज़ था।

मुख्य कठिनाई हाइड्रोजन को रेडियो-आवृत्ति हस्तक्षेप, यानी RFI, और खगोलीय अग्रभूमि से अलग करना था। टीम ने आँकड़ों को सम और विषम समय नमूनों में बाँटा और उनकी क्रॉस-पावर निकाली, जिससे औसत शोर-पक्षपात हटता है। फिर दो फिल्टर लगाए गए। रूढ़िवादी बेसलाइन फ्लैगिंग विधि BLF ने गणना से पहले दूषित एंटेना जोड़े हटाए और z≈0.32 पर 3.2 तथा z≈0.44 पर 3.5 मानक विचलन की पहचान दी। uv-डिले फ्लैगिंग विधि UVDF ने आँकड़ों को आवृत्ति-और-विलंब स्थान में व्यवस्थित करने के बाद असामान्य मोड पहचाने; व्यवस्थित त्रुटियों के प्रति अधिक संवेदनशील पहले दो पैमाना-खंड हटाने पर महत्त्व 5.9 और 9.18 मानक विचलन रहा। ये मान शून्य-संकेत परिकल्पना में संयुक्त पावर की सांख्यिकीय अनिश्चितता से तुलना करते हैं; हर संभावित व्यवस्थित त्रुटि इनमें अपने-आप शामिल नहीं होती।

दोनों विश्लेषण एक परिणाम पर पहुँचे, लेकिन महत्त्व का अंतर बताता है कि निष्कर्ष प्रदूषण नियंत्रण पर कितना निर्भर है। जैकनाइफ परीक्षणों में हर अवलोकन खंड को बारी-बारी हटाया गया और कोई एक खंड परिणाम पर हावी नहीं मिला। शून्य परीक्षण ने दो आवृत्ति बैंडों को क्रॉस किया, जिनमें समान ब्रह्मांडीय संकेत नहीं होना चाहिए, और परिणाम शून्य के अनुरूप रहा। अनुकरणों ने यह भी दिखाया कि हटाए चैनलों को भरने से कुछ गणितीय दिशाओं में संकेत का हिस्सा खोता है, हालांकि अनुमानित हानि अंतिम एक-आयामी स्पेक्ट्रम की मापन त्रुटि से कम थी। लेखक कमजोर, विस्तृत-बैंड RFI को अब भी जोखिम मानते हैं।

The Astrophysical Journal Letters में प्रकाशित लेख इस स्पेक्ट्रम से डार्क मैटर हेलो में तटस्थ हाइड्रोजन द्रव्यमान के मॉडल जाँचता है। दिशा-संबंधी सूचना को एक-आयामी खंडों में समेटने पर मानदंड परस्पर डीजेनेरेट हो गए, अर्थात अलग संयोजन एक-जैसा परिणाम देते थे; शुरुआती सीमाओं के लिए ब्रह्मांडीय H I घनत्व की बाहरी जानकारी चाहिए थी। इसलिए आँकड़े अभी डार्क एनर्जी नहीं मापते और बड़े सर्वेक्षणों के लिए सोचा गया ब्रह्मांडीय नक्शा भी नहीं देते। वे दिखाते हैं कि 64 डिश वाला यंत्र बिना ऑप्टिकल सहारे के यह ट्रेसर निकाल सकता है, यहाँ तक कि ऐसे अवलोकनों से भी जो इस उद्देश्य से नहीं लिए गए थे।

South African Radio Astronomy Observatory और University of Manchester ने 1 सितंबर को परिणाम जारी किया; Robert Lea ने 4 सितंबर को Space.com में प्रकाशित रिपोर्ट में इसकी समीक्षा की। भविष्य के Square Kilometre Array, जिसका MeerKAT अग्रदूत है, के लिए उपलब्धि और चेतावनी साथ-साथ हैं। अधिक विस्तृत आकाश क्षेत्र और लंबा एकीकरण इस अवधारणा-प्रमाण को ब्रह्मांडीय मानचित्रण में बदल सकते हैं, बशर्ते अगली पीढ़ी के विश्लेषण और भी कमजोर स्थलीय संकेतों को नियंत्रित कर सकें।