Naukowcy coraz bliżej odebrania sygnału sprzed 12 mld lat
Dzisiaj nocne niebo wypełniają gwiazdy. Ale kiedy Wszechświat był w powijakach, nie miał żadnych gwiazd. Międzynarodowy zespół naukowców jest jeszcze bliżej niż kiedykolwiek od wykrycia, zmierzenia i zbadania sygnału z tej epoki, który podróżuje przez kosmos od czasu, gdy era bezgwiezdna zakończyła się ok. 13 mld lat temu.
Zespół ten poinformował w zeszłym roku w Astrophysical Journal, że osiągnął prawie dziesięciokrotną poprawę danych emisji radiowej zebranych przez Murchison Widefield Array. Członkowie zespołu analizują obecnie dane z tego radioteleskopu w poszukiwaniu sygnału z tego słabo poznanego i rozumianego „ciemnego wieku” naszego Wszechświata.
Poznanie tego okresu pomoże odpowiedzieć na najważniejsze pytania dotyczące Wszechświata.
„Uważamy, że właściwości Wszechświata w tym okresie miały znaczący wpływ na powstawanie pierwszych gwiazd i wprawiły w ruch dzisiejsze aspekty strukturalne Wszechświata. Sposób, w jaki materia była rozmieszczona we Wszechświecie w tamtym okresie, prawdopodobnie wpłynął na dzisiejszy rozkład galaktyk i gromad galaktyk” – powiedział członek zespołu Miguel Morales, profesor fizyki na Uniwersytecie Waszyngtona.
Przed tą ciemną erą Wszechświat był gorący i gęsty. Elektrony i fotony regularnie wzajemnie „łapały się w sidła”, przez co Wszechświat był nieprzezroczysty. Ale kiedy miał mniej niż milion lat, interakcje elektron-proton stały się rzadkością. Rozszerzający się Wszechświat stawał się coraz bardziej przejrzysty i ciemny, rozpoczynając ciemną erę.
Era bezgwiezdna trwała setki milionów lat, podczas który neutralny wodór dominował w kosmosie.
„W tej ciemnej erze nie ma oczywiście sygnału opartego na świetle, który moglibyśmy badać, aby dowiedzieć się na jego temat – nie było światła widzialnego! Ale istnieje konkretny sygnał, którego możemy szukać. Pochodzi z całego neutralnego wodoru. Nigdy nie mierzyliśmy tego sygnału, ale wiemy, że tam jest. I trudno go wykryć, bo w ciągu 13 mld lat od momentu wyemitowania tego sygnału nasz Wszechświat stał się bardzo ruchliwym miejscem, wypełnionym inną aktywnością gwiazd, galaktyk a nawet naszą technologią, która zagłusza sygnał od neutralnego wodoru” – powiedział Morales.
Sygnał sprzed 13 mld lat, za którym podąża Morales i jego zespół, to elektromagnetyczna emisja radiowa z neutralnego wodoru o długości fali 21 cm. Od tego czasu Wszechświat rozszerzył się, rozciągając sygnał na prawie 2 metry.
Morales powiedział, że sygnał ten powinien zawierać informację o ciemnej erze i wydarzeniach, które ją zakończyły.
Kiedy Wszechświat miał zaledwie 1 mld lat, atomy wodoru zaczęły się zespalać i tworzyć pierwsze gwiazdy, co zakończyło ciemną erę. Światło tych pierwszych gwiazd rozpoczęło nową erę - Epokę Rejonizacji – w której energia z tych gwiazd przekształciła większość neutralnego wodoru w zjonizowaną plazmę. Plazma ta dominuje do dzisiaj w przestrzeni międzygwiazdowej.
„Epoka Rejonizacji i poprzedzająca ją ciemna era są krytycznymi okresami dla zrozumienia właściwości naszego Wszechświata, np. dlaczego niektóre obszary są pełne galaktyk, a inne stosunkowo puste, jego rozkład materii, a potencjalnie nawet ciemnej materii i ciemnej materii” – powiedział Morales.
Murchison Widefield Array jest podstawowym narzędziem zespołu. Ten radioteleskop składa się z 4096 anten dipolowych, które mogą odbierać sygnały o niskiej częstotliwości, takie jak elektromagnetyczna struktura neutralnego wodoru.
Ale tego rodzaju sygnały o niskiej częstotliwości są trudne do wykrycia ze względu na elektromagnetyczny „szum” pochodzący z innych źródeł tętniących w kosmosie, w tym galaktyk, gwiazd i aktywności człowieka. Morales i jego koledzy opracowali jeszcze bardziej wyrafinowane metody filtrowania hałasu i zbliżania się do tego sygnału. W 2019 roku naukowcy ogłosili, że odfiltrowali zakłócenia elektromagnetyczne – w tym nasze własne audycje radiowe – z ponad 21 godzin danych z MWA.
Idąc dalej, zespół ma około 3000 godzin dodatkowych danych na temat emisji zebranych przez radioteleskop. Naukowcy próbują odfiltrować zakłócenia i zbliżyć się do tego nieuchwytnego sygnału od neutralnego wodoru – i ciemnego wieku, który może oświetlić.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
