اشتعال کیهانی: زمانی که کیهان برای اولین بار روشن شد

دومینیکا دیروویچیکوا، دانشجوی دکترا در MIT، به دنبال درک ابتدایی‌ترین لحظات کیهان است از طریق مطالعه بر روی کوازارهای دوردست سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر که نور شدیدی از میلیاردها سال پیش منتشر می‌کنند. او با استفاده از ابزارهای پیشرفته مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب، به بررسی دوران یونیزاسیون می‌پردازد، دوره‌ای که در آن نور ستاره‌ها و کهکشان‌ها برای اولین بار از ابرهای تاریک هیدروژن باقی‌مانده از بیگ‌بنگ عبور کرد.

هنگامی که جمعیتی از مردم در خیابان ماساچوست در حال تردد هستند، دومینیکا دیروویچیکوا از پنجره مرکز دانشجویی MIT به بیرون نگاه می‌کند و تنها یک آرزو دارد.

«واقعاً دوست دارم شهری را متقاعد کنم که به مدت یک ساعت، به جز بیمارستان‌ها و موارد ضروری، تمام چراغ‌های خود را خاموش کند،» او می‌گوید. «بگذارید مردم راه شیری یا ستاره‌ها را ببینند. این بر روی شما تأثیر می‌گذارد. متوجه می‌شوید که چیزی بیشتر از مشکلات روزمره‌تان وجود دارد.»

با وجود یک عمر نگاه کردن به کیهان و چند سال اخیر که به دنبال دکترا تحت نظر استادان آنا-کریستینا آیلرز و رابرت سیمکو در مؤسسه کاولی برای اخترفیزیک و تحقیقات فضایی MIT بوده است، او هنوز به قدرت نگاه کردن به آسمان شب با چشم غیر مسلح اعتقاد دارد.

اما بیشتر وقت‌ها، او از ابزارهای بسیار قوی‌تری استفاده می‌کند. تلسکوپ فضایی جیمز وب شروع به ارائه داده‌های غنی از اجسام در لبه‌های دوردست کیهان کرده است، جایی که او دقیقاً به دنبال آن است. با استفاده از داده‌های JSWT و تلسکوپ‌های زمینی ماژلان در شیلی، دیروویچیکوا به دنبال کوازارهای دوردست — سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده بزرگ که مقادیر زیادی نور منتشر می‌کنند — است، و هرچه این کوازارها دورتر باشند، اطلاعات بیشتری درباره کیهان ابتدایی فراهم می‌آورند.

تحقیقات اخیر او بر روی آنچه که به دوران یونیزاسیون شناخته می‌شود، متمرکز شده است. این دوره زمانی است که تابش کوازارها، ستاره‌ها، کهکشان‌ها و دیگر اجسام نورافشان توانست از میان ابرهای تاریک اتم‌های هیدروژن باقی‌مانده از بیگ‌بنگ عبور کرده و نور خود را به فضای بیرون بتاباند.

دیروویچیکوا می‌گوید: «یونیزاسیون یک تغییر فازی بود که در آن همه چیز اطراف کهکشان‌ها به طور ناگهانی شفاف شد. در نهایت، ما می‌توانستیم نوری را ببینیم که پیش‌تر توسط هیدروژن خنثی جذب شده بود.»

یکی از اهداف او کشف این است که چه چیزی باعث شروع فرآیند یونیزاسیون شده است. در حالی که جامعه اخترفیزیک هنوز زمان‌بندی تقریبی را مشخص کرده، سوالات زیادی در مورد دوران یونیزاسیون باقی مانده و او امیدوار است که تحقیقاتش درباره کوازارها بتواند به حل برخی از این سوالات کمک کند.

کوازارهایی که دیروویچیکوا به آن‌ها علاقه‌مند است، به عنوان «کوازارهای با قرمزشدگی بالا» طبقه‌بندی می‌شوند. قرمزشدگی معیاری است از میزان کاهش فرکانس یک موج و در زمینه اخترفیزیکی، می‌تواند برای تعیین مدت زمان سفر نور و فاصله منبع آن استفاده شود، با در نظر گرفتن گسترش کیهان.

او توضیح می‌دهد: «هرچه قرمزشدگی بالاتر باشد، به آغاز کیهان نزدیک‌تر می‌شوید.»

تحقیقات نشان داده‌اند که یونیزاسیون حدود 150 میلیون سال پس از بیگ‌بنگ آغاز شد و حدود 850 میلیون سال پس از آن، ابرهای تاریک هیدروژن که «میان‌کهکشانی» یا IGM را تشکیل می‌دادند، به طور کامل یونیزه شدند.

برای مقاله اخیرش، دیروویچیکوا مجموعه‌ای از 18 کوازار را که نور آن‌ها بین حدود 770 تا 950 میلیون سال پس از بیگ‌بنگ شروع به سفر کرده، بررسی کرد. او و همکارانش کوازارها را به سه «بخش» بر اساس فاصله تقسیم کردند تا میزان هیدروژن خنثی در IGM در دوره‌های مختلف را مقایسه کنند. این مقادیر به دقیق‌تر کردن زمان‌بندی یونیزاسیون کمک کرد و تأیید کرد که داده‌های کوازارها با داده‌های سایر انواع اجسام هم‌خوانی دارند.

او می‌گوید: «داستانی که تاکنون داریم این است که در نقطه‌ای از قرمزشدگی 5 یا 6، مواد بین کهکشانی به طور کلی یونیزه شده بودند. با این حال، هنوز مشخص نیست که چه نوع ستاره یا کهکشانی بیشتر مسئول این تغییر جهانی است که بر کل کیهان تأثیر گذاشته است.»

وجه مرتبط با تحقیقات او که قصد دارد بیشتر به آن بپردازد، نحوه شکل‌گیری این کوازارها است. این سیاه‌چاله‌ها آن‌قدر قدیمی و بزرگ هستند که تصورات فعلی درباره سن کیهان را به چالش می‌کشند. نوری که آن‌ها تولید می‌کنند ناشی از نیروی گرانشی عظیمی است که به پلاسما وارد می‌کنند و اگر آن‌ها از میلیاردها سال پیش به اندازه کافی بزرگ بودند، چه مدت زمان طول کشیده تا شروع به شکل‌گیری کنند؟

او می‌گوید: «این سیاه‌چاله‌ها به نظر می‌رسد که برای رشد در زمان‌هایی که طیف آن‌ها نشان می‌دهد، خیلی بزرگ هستند. آیا چیزی در مسیر ما وجود دارد که سایر رشدها را پنهان کرده است؟ ما در حال بررسی روش‌های مختلف برای اندازه‌گیری عمر آن‌ها هستیم.»

در عین حال، دیروویچیکوا در حال تلاش برای تشویق نسل بعدی اخترفیزیکدانان است. او می‌گوید که خوش‌شانس بود که والدین و مربیان مشوقی داشت که مسیرهای علمی و شغلی را که هرگز در نظر نداشت، به او نشان دادند. او همچنین یک سازمان غیرانتفاعی به نام Encouraging Women Across All Borders تأسیس کرده تا همین کار را برای دانش‌آموزان در سراسر جهان انجام دهد.

او این احساس را خوب می‌شناسد. بزرگ شدن در اسلواکی به معنای آن بود که گزینه‌های اصلی دانشگاه در براتیسلاوا، پایتخت، یا پراگ در جمهوری چک همسایه بود. عشق او به ریاضیات و فیزیک او را به برنامه دیپلم بین‌المللی (IB) سوق داد و در آن برنامه بود که با معلمی به نام Eva Žitná آشنا شد که «بذرها»یی را کاشت که در نهایت او را به دانشگاه آکسفورد برای برنامه کارشناسی ارشد چهار ساله فرستاد.

او می‌گوید: «فقط بودن در محیط برنامه IB شروع به باز کردن این امکاناتی کرد که قبلاً در نظر نداشتم.» او و والدینش شروع به صحبت درباره این کردند که این می‌تواند یک امکان جالب باشد و به نوعی یکی به دنبال دیگری آمد

.

در حالی که او از راهنمایی دانش‌آموزان در همان مسیری که خودش رفته است، لذت می‌برد، لحظات جالب دیگری برای او وجود دارد که می‌تواند ببیند مردم متوجه می‌شوند که کیهان چقدر بزرگ است. به عنوان یک مدیر مشترک MIT Astrogazers، او شاهد بسیاری از این لحظات بوده است. او به یاد دارد که در جشنواره علمی کمبریج، عینک‌های خورشیدگرفتگی را توزیع کرد و یادش می‌آید که بچه‌ها و بزرگسالان با گردن‌های خود به بالا نگاه می‌کردند و همان نگاه شگفتی را بر روی صورت‌هایشان داشتند.

او می‌گوید: «دلیل اینکه من اهمیت می‌دهم این است که ما خیلی سریع در امور کوچک زندگی گرفتار می‌شویم. ترافیک بد است. T کار نمی‌کند. سپس، به آسمان نگاه می‌کنید و متوجه می‌شوید که چیزی بسیار زیباتر و بزرگ‌تر از این مسائل کوچک وجود دارد.»