Μια ομάδα επιστημόνων που εργάζονται με το ραδιο τηλεσκόπιο Murchison Widefield Array (WMA) προσπαθούν να βρουν το σήμα από τα πρώτα αστέρια του Σύμπαντος. Αυτά τα πρώτα αστέρια σχηματίστηκαν μετά από τους σκοτεινούς χρόνους του Σύμπαντος. Για να βρουν το πρώτο τους φως, οι ερευνητές αναζητούν το σήμα από ουδέτερο υδρογόνο, το αέριο που κυριάρχησε στο Σύμπαν μετά τους Σκοτεινούς Εποχές.
Χρειάστηκε λίγος χρόνος για να σχηματιστούν τα πρώτα αστέρια. Μετά το Big Bang, το σύμπαν ήταν εξαιρετικά ζεστό. πολύ ζεστό για να σχηματιστούν άτομα. Χωρίς άτομα, δεν θα μπορούσαν να υπάρχουν αστέρια. Μόνο περίπου 377.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη το Σύμπαν είχε επεκταθεί και κρυώσει αρκετά για να σχηματίσουν άτομα, κυρίως ουδέτερο υδρογόνο με λίγο ήλιο. (Και ίχνη λιθίου.) Μετά από αυτό, τα πρώτα αστέρια άρχισαν να σχηματίζονται, κατά τη διάρκεια της εποχής του ιονισμού.
Για να βρει το αόριστο σήμα από αυτό το ουδέτερο υδρογόνο, το MWA αναδιαμορφώθηκε. Το MWA βρίσκεται στην απομακρυσμένη Δυτική Αυστραλία και διέθεσε 2048 κεραίες ραδιοφώνου σε 128 «πλακίδια» όταν άρχισε να λειτουργεί το 2013. Για να κυνηγήσει το αόριστο ουδέτερο σήμα υδρογόνου, ο αριθμός των πλακιδίων διπλασιάστηκε στα 256 και ολόκληρη η σειρά ήταν αναδιάταξη. Όλα τα δεδομένα από αυτούς τους δέκτες τροφοδοτούνται σε έναν υπερυπολογιστή που ονομάζεται Correlator.
Ένα νέο έγγραφο που θα δημοσιευτεί στο Astrophysical Journal παρουσιάζει τα αποτελέσματα από την πρώτη ανάλυση δεδομένων από τη νέα διάταξη. Το άρθρο έχει τίτλο «Αποτελέσματα ισχύος πρώτου σεζόν MWA Phase II EoR στο Redshift 7.» Ο κύριος ερευνητής είναι ο Wenyang Li, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Brown.
Αυτή η έρευνα αποσκοπούσε στην κατανόηση της ισχύος του σήματος από το ουδέτερο υδρογόνο. Η ανάλυση έθεσε το χαμηλότερο όριο ακόμη για αυτό το σήμα, ένα βασικό αποτέλεσμα στην αναζήτηση για το ίδιο το εξασθενημένο σήμα.
«Μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι εάν το ουδέτερο σήμα υδρογόνου ήταν πιο ισχυρό από το όριο που θέσαμε στο έγγραφο, τότε το τηλεσκόπιο θα το είχε εντοπίσει», δήλωσε ο Jonathan Pober, βοηθός καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Brown και αντίστοιχος συγγραφέας στο νέο χαρτί. «Αυτά τα ευρήματα μπορούν να μας βοηθήσουν να περιορίσουμε περαιτέρω τη χρονική στιγμή που τελείωσαν οι κοσμικές σκοτεινές εποχές και εμφανίστηκαν τα πρώτα αστέρια».
Παρόλο που μοιάζει με ένα λεπτομερές χρονοδιάγραμμα των γεγονότων στο πρώιμο Σύμπαν, υπάρχουν σημαντικά κενά στην κατανόησή μας. Γνωρίζουμε ότι μετά τους σκοτεινούς χρόνους, ξεκίνησε η Εποχή του Επαναιονισμού. Τότε ήταν που ο σχηματισμός ατόμων οδήγησε στην εμφάνιση των πρώτων δομών στο Σύμπαν, όπως αστέρια, νάνοι γαλαξίες και κβάζαρ. Καθώς σχηματίστηκαν αυτά τα αντικείμενα, το φως τους εξαπλώθηκε στο Σύμπαν, ιοντίζοντας ξανά το ουδέτερο υδρογόνο. Μετά από αυτό, το ουδέτερο υδρογόνο εξαφανίστηκε από τον διαστρικό χώρο.
Οι επιστήμονες θέλουν να μάθουν πώς άλλαξε το ουδέτερο υδρογόνο καθώς οι Σκοτεινές Εποχές υποχώρησαν στην Εποχή του Επαναιονισμού και ξεδιπλώθηκε η Εποχή του Επαναιονισμού. Τα πρώτα αστέρια που σχηματίστηκαν στο Σύμπαν ήταν δομικά στοιχεία της δομής που βλέπουμε σήμερα, και για να τα κατανοήσουμε, οι επιστήμονες πρέπει να βρουν το σήμα από αυτό το πρώιμο ουδέτερο υδρογόνο.
Αλλά αυτό δεν είναι εύκολο. Το σήμα είναι αχνό και χρειάζονται εξαιρετικά ευαίσθητοι ανιχνευτές για να το βρουν. Αν και το ουδέτερο υδρογόνο εκπέμπει αρχικά την ακτινοβολία του σε μήκος κύματος 21 cm, το σήμα έχει τεντωθεί λόγω της επέκτασης του Σύμπαντος. Τώρα είναι περίπου 2 μέτρα. Αυτό το σήμα 2 μέτρων χάνεται τώρα εύκολα ανάμεσα σε πολλά άλλα σήματα όπως αυτό, φυσικά και ανθρώπινα. Γι 'αυτό το MWA βρίσκεται στην απομακρυσμένη Αυστραλία, για να το απομονώσει από όσο το δυνατόν περισσότερο ραδιοφωνικό θόρυβο.
"Όλες αυτές οι άλλες πηγές είναι πολλές τάξεις μεγέθους ισχυρότερες από το σήμα που προσπαθούμε να εντοπίσουμε", δήλωσε ο Pober. "Ακόμη και ένα ραδιοφωνικό σήμα FM που αντανακλάται από ένα αεροπλάνο που τυχαίνει να περνά πάνω από το τηλεσκόπιο είναι αρκετό για να μολύνει τα δεδομένα."
Εδώ μπαίνει η ισχύς επεξεργασίας του υπερυπολογιστή Correlator. Έχει τη δύναμη να απορρίπτει μολυσματικά σήματα, καθώς και να εξηγεί τη φύση του ίδιου του MWA.
«Αν κοιτάξουμε διαφορετικές ραδιοσυχνότητες ή μήκη κύματος, το τηλεσκόπιο συμπεριφέρεται λίγο διαφορετικά», είπε ο Pober. «Η διόρθωση της απόκρισης του τηλεσκοπίου είναι απολύτως κρίσιμη για να κάνουμε τον διαχωρισμό των αστροφυσικών ρύπων και το σήμα ενδιαφέροντος.»
Η αναδιάρθρωση του πίνακα, οι τεχνικές ανάλυσης δεδομένων, η ισχύς του υπερυπολογιστή και η σκληρή δουλειά των ερευνητών παρήγαγαν αποτελέσματα. Το έγγραφο παρουσιάζει ένα νέο ανώτερο όριο για το σήμα από το ουδέτερο υδρογόνο. Είναι η δεύτερη φορά που οι επιστήμονες που συνεργάζονται με το MWA απελευθέρωσαν ένα νέο, πιο συντονισμένο όριο. Με τη συνεχή πρόοδο, οι επιστήμονες ελπίζουν να βρουν το αόριστο σήμα.
"Αυτή η ανάλυση δείχνει ότι η αναβάθμιση της δεύτερης φάσης είχε πολλά από τα επιθυμητά αποτελέσματά της και ότι οι νέες τεχνικές ανάλυσης θα βελτιώσουν τις μελλοντικές αναλύσεις", δήλωσε ο Pober. «Το γεγονός ότι η MWA έχει δημοσιεύσει πλέον τα δύο καλύτερα όρια στο σήμα δίνει ώθηση στην ιδέα ότι αυτό το πείραμα και η προσέγγισή του έχει πολλές υποσχέσεις».
Περισσότερο:
- Δελτίο Τύπου: Οι επιστήμονες είναι πιο κοντά από ποτέ για να σηματοδοτήσουν την κοσμική αυγή
- Ερευνητικό έγγραφο: Αποτελέσματα πρώτου σεζόν MWA Φάση II EoR Power Spectrum στο Redshift 7
- Παρατηρητήριο Haystack MIT: Epoch of Reionization
- Διαστημικό περιοδικό: Early Galaxy Pointpoints Reionization Era
