الإشعاع الأثري (Cosmic Microwave Background) هو وهج ما بعد الانفجار العظيم الذي نراه على موجات مليمترية. لكن له ذيل طويل الموجة يمتد إلى نطاق الراديو. على أطوال موجية أطول من 21 سنتيمترًا، يبدأ هذا الضوء في الامتصاص بواسطة الهيدروجين المحايد المنتشر في الفضاء البعيد. يعمل الهيدروجين مثل زجاج شبه شفاف: جزء من الفوتونات يعلق فيه، وتصبح خريطة السماء على هذه الترددات أكثر نعومة قليلًا مما هو متوقع.
يعتمد التأثير على شيئين: مدى سخونة الغاز (درجة حرارة السبين) وكمية الذرات المحايدة الموجودة، وليس المتأينة. كلما كان الهيدروجين أبرد، زاد امتصاصه. تبلغ ذروة الامتصاص عند ترددات حوالي 100 ميغاهرتز — وهذا يتوافق مع عصر «العصور المظلمة»، عندما لم تكن النجوم الأولى قد أضاءت بعد. يمكن أن تصل نسبة الضوء الممتص إلى عدة بالمائة.
الاستقبال المباشر لمثل هذه الإشارة الراديوية الضعيفة هو مهمة على حافة الإمكانيات. لكن مؤلفي العمل يقترحون طريقًا بديلًا: مقارنة الخرائط الراديوية مع الخرائط الدقيقة للإشعاع الأثري على الموجات المليمترية. إذا أظهرت الخريطة الراديوية تنعيمًا طفيفًا بينما لا تظهره الخريطة المليمترية، فهذا يعني أن الهيدروجين يمتص بالفعل. قد يكون هذا التحليل المتبادل أبسط من التقاط توهج الهيدروجين نفسه.
يوفر هذا النهج طريقة جديدة لقياس نسبة الهيدروجين المحايد إلى درجة حرارة السبين في عصور مختلفة. هذا مهم لفهم كيفية تسخين الغاز في الكون المبكر ومتى أضاءت النجوم الأولى. في جوهر الأمر، نحصل على مقياس حرارة وعداد ذرات للأزمنة التي كان فيها الكون مظلمًا وباردًا.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2605.22934
At wavelengths longer than 21 cm, photons from the long-wavelength tail of the cosmic microwave background (CMB) have a non-zero probability of being absorbed by distant neutral hydrogen. This provides an additional suppression of the observed CMB clustering in addition to the usual Thomson scattering. The optical depth as a function of frequency is sensitive to the 21 cm spin temperature $$T_s$$ of the gas as a function of cosmic time, with the excess optical depth peaking at a level of a few percent around 100 MHz. The details depend on the specifics of the heating of cosmic gas and the evolution of the neutral fraction $$x_{HI}$$. It is likely difficult to detect the CMB at these long radio wavelengths, but the cause is aided by the ability to cross-correlate with the already well-characterized fluctuations at cm/mm frequencies. We find that detecting CMB fluctuations at radio wavelengths corresponding to the 21 cm ``dark ages'' in cross-correlation with mm-wave maps may be easier than detecting the intrinsic 21 cm fluctuations. Measurement of the amplitude of CMB fluctuations as a function of radio wavelength provides a path for a new type of direct measurement of the combination $$x_{HI}/T_s$$ as a function of redshift.
الطول الموجي 21 سم هو «منارة راديوية» طبيعية للهيدروجين، تنشأ من انقلاب سبين الإلكترون. يستخدمه علماء الفلك لرسم خرائط المجرات.
في رواية «الاتصال» لكارل ساغان، تصبح الإشارة على تردد الهيدروجين مفتاحًا لفك شفرة رسالة من حضارة خارج الأرض.