Posted by განახლდა: 08/11/2026
ნეიტრალური წყალბადის გაჩენა სამყაროს ადრეულ ევოლუციასა და ე.წ. რეკომბინაციის ეპოქას უკავშირდება. დიდი აფეთქებიდან პირველ წუთებში წყალბადის ბირთვები (პროტონები) წარმოიქმნა, მაგრამ სამყაროს უკიდურესი სიცხელის გამო, ელექტრონები, ბირთვებთან კავშირს ვერ ინარჩუნებდა – მატერია ცხელი, გაუმჭვირვალე პლაზმის სახით არსებობდა. სამყაროს გაფართოებასთან ერთად, ტემპერატურა დაეცა, რამაც რეკომბინაციის ეპოქაში (380 000 წელი დიდი აფეთქებიდან) პროტონებს საშუალება მისცა “დაეჭირათ“ თავისუფალი ელექტრონები, რის შედეგადაც პირველად შეიქმნა სტაბილური ნეიტრალური წყალბადის ატომები. სწორედ ეს უზარმაზარი ნეიტრალური წყალბადის ღრუბლები იყო ის პირველადი “სამშენებლო მასალა“, რომლის გრავიტაციული შეკუმშვის შედეგადაც, მილიონობით წლის შემდეგ, პირველი ვარსკვლავები, გალაქტიკები და თანამედროვე კოსმოსური ქსელი ჩამოყალიბდა (“ჯეიმს ვებმა” პირველი ვარსკვლავები აღმოაჩინა?).
სამყაროს მსხვილმასშტაბიანი სტრუტურის ნაწილი. წითლად და თეთრად გალაქტიკების გროვების თავმოყრის ადგილებია ნაჩვენები, შედარებით მუქად – გალაქტიკათშორისი წყალბადი, შავად კი სიცარიელეები, იგივე ვოიდები.
ასტრონომთა საერთაშორისო ჯგუფმა, პირდაპირი დამზერით პირველად გაზომა ნეიტრალური წყალბადის მსხვილმასშტაბიანი განაწილება მისი რადიოგამოსახულების მიხედვით, ცალკეული გალაქტიკების მდებარეობის განსაზღვრის გარეშე (academic.oup.com). სამხრეთ აფრიკული რადიოტელესკოპ MeerKAT-ის დახმარებით მეცნიერებმა აღმოაჩინეს სუსტი სიგნალი, რომელიც გვიჩვენებს, თუ როგორ იყო გაზი განაწილებული კოსმოსურ ქსელში დაახლოებით 4,5 მილიარდი წლის წინ. შედეგით დასტურდება სამყაროს სტრუქტურის კვლევის ახალი მეთოდის შესაძლებლობები, რომელიც პერსპექტივაში მატერიის განაწილების უზარმაზარი სამგანზომილებიანი რუკების შექმნის საშუალებას იძლევა.
კვლევა შეასრულა საერთაშორისო კოლაბორაციამ MeerKLASS, პორტსმუთის უნივერსიტეტის, დასავლეთ კეიპის უნივერსიტეტისა და სხვა სამეცნიერო ორგანიზაციების სპეციალისტების მონაწილეობით. ნაშრომი გახდა დაკვირვებისა და მონაცემთა დამუშავების მეთოდების თითქმის ათწლიანი დამუშავების შედეგი. პროექტის ერთ-ერთი საკვანძო მონაწილე იყო სტივენ კანინგტონი, პორტსმუთის უნივერსიტეტის კოსმოლოგიისა და გრავიტაციის ინსტიტუტიდან, რომელიც ხელმძღვანელობდა პროგრამული სისტემის შემუშავებას სუსტი კოსმოლოგიური სიგნალის გამოსაყოფად.
21-სანტიმეტრიანი ტალღა (ანუ ნეიტრალური წყალბადის ხაზი) არის კოსმოსში ყველაზე გავრცელებული ელემენტის – ატომური წყალბადის მიერ გამოსხივებული რადიოტალღა, რომლის სიგრძე 21 სანტიმეტრია (სიხშირე 1420 მჰც). წყალბადი ყველაზე გავრცელებული ელემენტია სამყაროში, ასტრონომები ამ ტალღას იყენებენ გალაქტიკების სტრუქტურისა და უხილავი კოსმოსური მატერიის შესასწავლად.
ნეიტრალური წყალბადი გალაქტიკებში არსებული გაზების ერთ-ერთი ყველაზე მთავარი კომპონენტია. მისი ატომებისთვის დამახასიათებელია გამოსხივება დაახლოებით 21 სანტიმეტრი ტალღის სიგრძეზე, რომელიც წარმოიქმნება პროტონისა და ელექტრონის მაგნიტური მომენტების ურთიერთორიენტაციის შეცვლისას (ეს ძალიან იშვიათი მოვლენაა, თუმცა სამყაროს მასშტაბებით უკვე შესამჩნევი). ვინაიდან სამყაროს გაფართოება ზრდის გამოსხივების ტალღის სიგრძეს, მიღებული სიხშირის მიხედვით შესაძლებელია განისაზღვროს, თუ რამდენად ძველად იქნა ის გამოსხივებული. ეს საშუალებას იძლევა შევიმეცნოთ წყალბადის განაწილება კოსმოსური ისტორიის სხვადასხვა ეპოქაში.
ჩვეულებრივ, სამყაროს სამგანზომილებიანი რუკების ასაგებად ასტრონომები უზარმაზარი რაოდენობით გალაქტიკებამდე მანძილებს ზომავენ და მათ მდებარეობას აზუსტებენ. წყალბადის გამოსახულების ინტენსივობის კარტირების მეთოდი სხვანაირად მუშაობს: რადიოტელესკოპი აფიქსირებს ცის შედარებით მსხვილი უბნების შიგნით არსებული მრავალი გალაქტიკის ჯამურ სიგნალს. შედეგად, მეცნიერები იღებენ ინფორმაციას გაზის ზოგადი განაწილების შესახებ, მაშინაც კი, როდესაც ცალკეული წყაროების გარჩევა ვერ ხერხდება.
კვლევისთვის გამოყენებული იქნა რადიოტელესკოპ MeerKAT-ის დაკვირვებები, რომლებიც ჩატარდა 2021 წელს, MeerKLASS-ის მიმოხილვის ფარგლებში. ასტრონომებმა გააანალიზეს ცის უბანი, რომლის ფართობი დაახლოებით 236 კვადრატული გრადუსია, რაც შეესაბამება სავსე მთვარის დაახლოებით 1200 ხილულ დისკოს. გაზომვები მოიცავდა რადიოსიხშირეებს 971,2-დან 1023,6 მეგაჰერცამდე. მათ საშუალება მისცეს მეცნიერებს შეესწავლათ წყალბადი დაახლოებით 0,42 წითელი წანაცვლებით, როდესაც სამყაროს ასაკი ცხრა მილიარდ წელს ოდნავ აჭარბებდა (წითელი წანაცვლება).
მთავარ ტექნიკურ სირთულეს წარმოადგენდა კოსმოსური წყალბადის უკიდურესად სუსტი გამოსხივება. მისი ინტენსივობა დაახლოებით 10 ათასჯერ ნაკლები აღმოჩნდა ახლოს მდებარე ასტროფიზიკური წყაროების, პირველ ყოვლისა, ჩვენი გალაქტიკის ჯამურ გამოსხივებაზე. დამატებით დაბრკოლებებს ქმნიდა მიმღებთა ხმაურები და აპარატურის მახასიათებლების მცირე ცვლილებები. სასარგებლო სიგნალის გამოსაყოფად მკვლევარებს დასჭირდათ დამუშავებისა და მონაცემთა მრავალჯერადი შემოწმების ახალი მეთოდები (მოკლედ რადიოტალღებისა და რადიოასტრონომიის შესახებ).
ცის ობიექტების დეტალური გამოსახულებების მისაღებად, ჩვეულებრივ, MeerKAT მუშაობს როგორც რადიოინტერფერომეტრი, ის 64 ანტენით მიღებულ სიგნალებს აერთიანებს. თუმცა, ამ კვლევაში თითოეული ანტენა გამოიყენებოდა როგორც დამოუკიდებელი რადიოტელესკოპი. ასეთი რეჟიმი ამცირებს კუთხურ გარჩევადობას, სამაგიეროდ საშუალებას იძლევა უფრო სწრაფად იქნას გამოკვლეული ცის დიდი უბნები და დაფიქსირდეს განაწილებული რადიოგამოსიხვება, რომლის გაზომვაც ჩვეულებრივი ინტერფერომეტრიული მეთოდით რთულია (როგორ მუშაობს ტელესკოპი).
მეცნიერებმა დაკვირვებები დაყვეს რამდენიმე დამოუკიდებელ ნაკრებად, რომლებიც მიღებული იყო სხვადასხვა ანტენისა და დროის მონაკვეთში. ძლიერი ფონური გამოსხივების მოხსნის შემდეგ მათ ერთმანეთს შეადარეს შედეგები. რეალური კოსმოსური სიგნალი მონაცემთა სხვადასხვა ნაკრებში ერთნაირად უნდა ვლინდებოდეს, მაშინ როცა მრავალი ინსტრუმენტული ხმაური და შემთხვევითი დაბრკოლება არ ემთხვევა ერთმანეთს. სწორედ ასეთმა შედარებამ გახადა შესაძლებელი წყალბადის გამოსხივების ინტენსივობის დამახასიათებელი სივრცული ცვლილებების გამოვლენა.
მიღებულმა გაზომვებით დადგინდა წყალბადის სტატისტიკურად მნიშვნელოვანი განაწილება კოსმოლოგიურ მასშტაბებზე, რომელიც თანხვედრაშია სამყაროს მსხვილმასშტაბიანი სტრუქტურის შესახებ არსებულ წარმოდგენებთან. მატერია ქმნის წაგრძელებულ ძაფებს, კვანძებსა და მცირე სიმკვრივის ვრცელ არეებს, რომელთა ერთიანობას კოსმოსურ ქსელს უწოდებენ. გალაქტიკები და მათ გარშემო არსებული გაზი ძირითადად ამ სტრუქტურის ყველაზე მკვრივი უბნების გასწვრივ არის კონცენტრირებული (სამყაროს სამგანზომილებიანი აბლაბუდა).
ამასთან, მკვლევარებს ჯერ არ აქვთ აგებული წყალბადის ქსელის სრულფასოვანი სამგანზომილებიანი რუკა. ახალ ნაშრომშით დადგენილია სტატისტიკური მახასიათებელი, რომელიც გვიჩვენებს, თუ რამდენად ძლიერად არის გაზის განაწილება არაერთგვაროვანი სხვადასხვა სივრცულ მასშტაბებზე. ავტორები ასევე აღნიშნავენ, რომ ცალკეული დაკვირვებების ნაკრებები ინარჩუნებენ ნარჩენ სისტემურ ცდომილებებს, მიუხედავად იმისა, რომ საბოლოო შედეგმა წარმატებით გაიარა დამატებითი შემოწმებების სერია.
ახალი მეთოდი განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს მომავალი რადიოობსერვატორიისთვის – “კვადრატულკილომეტრიანი მასივი” (Square Kilometre Array (SKA)), რომელიც სამხრეთ აფრიკასა და ავსტრალიაში იქმნება. მნიშვნელოვნად მეტი მგრძნობელობისა და ცის ფართო არეების დაფარვის წყალობით, ის შეძლებს შეისწავლოს ნეიტრალური წყალბადის განაწილება ბევრად უფრო შორ მანძილებზე. მსგავსი გაზომვები აუცილებელია სამყაროს გაფართოების ისტორიის, ბნელი მატერიის განაწილებისა და ბნელი ენერგიის გავლენის დასაზუსტებლად კოსმოსური სტრუქტურების ფორმირებაზე (კიდევ MeerKAT-ის შესახებ).