Πριν από πολύ καιρό, εκατομμύρια χρόνια πριν το πρώτο αστέρι πυροδότησε τη ζωή, ολόκληρο το σύμπαν ήταν μια θάλασσα σκοτάδι.
Ξεκινώντας περίπου 400.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και διαρκούν εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, αυτή η επονομαζόμενη σκοτεινή εποχή του σύμπαντος σηματοδότησε την τελευταία φορά που ο κενός χώρος ήταν πραγματικά κενός. δεν υπάρχουν πλανήτες, δεν υπάρχουν ήλιοι, κανένας γαλαξίας, καμία ζωή - απλώς μια ομίχλη από άτομα υδρογόνου σφυρηλατημένα από το Μεγάλο Έκρηξη και έφυγε για να λυγίσει μέσα στο σκοτάδι.
Σήμερα, τα τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να πάρουν μια γεύση από αυτό το πρωταρχικό υδρογόνο (γνωστό ως ουδέτερο υδρογόνο) για να εντοπίσουν τη στιγμή που οι σκοτεινές εποχές έληξαν τελικά και σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες. Ενώ αυτά τα αρχαία άτομα παραμένουν αόρατα, μια ομάδα ερευνητών στην αυστραλιανή περιφέρεια μπορεί να έχουν έρθει πιο κοντά στην εύρεση τους από ποτέ.
Σύμφωνα με τη νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στη βάση δεδομένων preprint arXiv και σύντομα θα εμφανιστούν στην Astrophysical Journal, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το ραδιοτηλεσκόπιο Murchison Widefield Array (MWA) για να κοιτάξουν βαθιά στο κοσμικό παρελθόν αναζητώντας μήκος κύματος ουδετέρου υδρογόνου. Δεν βρήκαν αυτό που έψαχναν - ωστόσο, με τη χρήση νέων ρυθμίσεων στην πρόσφατα ενημερωμένη συστοιχία του τηλεσκοπίου, η ομάδα καθόρισε το χαμηλότερο όριο για την ισχύ του ουδέτερου υδρογόνου.
"Μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι αν το ουδέτερο υδρογόνο ήταν πιο ισχυρό από το όριο που θέσαμε στο χαρτί, τότε το τηλεσκόπιο θα το ανίχνευσε", δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Jonathan Pober, βοηθός καθηγητής φυσικής στο Brown University Το νησί της Ρόδου. Αυτό σημαίνει ότι το κυνήγι για αυτά τα αρχαία μόρια είναι ακόμη σε εξέλιξη και τώρα οι ερευνητές γνωρίζουν ότι τα αποτυπώματα ουδέτερου υδρογόνου είναι ακόμη πιο άσχημα από ό, τι αναμενόταν.
Τα πρώτα άτομα
Η ενέργεια που διέρχεται από το πρώιμο σύμπαν ήταν τόσο ισχυρή ώστε κάθε άτομο είχε τα ηλεκτρόνια του σχισμένα μακριά, δίνοντάς τους μια θετική φόρτιση. Το πρώτο από αυτά τα άτομα ήταν το θετικά φορτισμένο ιόν υδρογόνου. Πάνω από εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια, το σύμπαν ψυχόταν και επεκτάθηκε αρκετά για αυτά τα ιόντα υδρογόνου να ανακτήσουν τα ηλεκτρόνια τους και να γίνουν ουδέτερα για άλλη μια φορά. Αυτά τα ουδέτερα άτομα υδρογόνου πιστεύεται ότι είναι το κυρίαρχο χαρακτηριστικό της κοσμικής σκοτεινής εποχής. (Τελικά, όταν αρκετοί από αυτούς συσσωματώθηκαν μαζί για να σχηματίσουν τα πρώτα αστέρια, τα άτομα επανα-ιονίστηκαν και πάλι με ενέργεια που εκπέμπεται από αυτά τα αστέρια).
Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι το ουδέτερο υδρογόνο εκπέμπει ακτινοβολία σε μήκος κύματος 21 εκατοστών - ωστόσο, καθώς το σύμπαν έχει επεκταθεί τα τελευταία 12 δισεκατομμύρια χρόνια, αυτά τα μήκη κύματος έχουν επίσης εκταθεί. Οι συντάκτες της νέας μελέτης εκτιμούν ότι το μήκος κύματος του ουδέτερου υδρογόνου έχει τεντωθεί σε περίπου 2 μέτρα - και αυτό είναι το σήμα που έψαξαν τους ουρανούς για τη χρήση του MWA.
Το πρόβλημα είναι ότι υπάρχουν πολλές πηγές (τόσο ανθρωπογενείς όσο και ουράνιες) που ακτινοβολούν στο ίδιο μήκος κύματος.
"Όλες αυτές οι άλλες πηγές είναι πολλές τάξεις μεγέθους ισχυρότερες από το σήμα που προσπαθούμε να ανιχνεύσουμε", δήλωσε ο Pober. "Ακόμα και ένα ραδιοφωνικό σήμα FM που αντανακλάται από ένα αεροπλάνο που συμβαίνει να περνάει πάνω από το τηλεσκόπιο είναι αρκετό για να μολύνει τα δεδομένα."
Έτσι, ο Pober και οι συνεργάτες του έγραψαν μια σειρά εξισώσεων για τον εντοπισμό και την εξάλειψη αυτών των μολυντών στις παρατηρήσεις τους. Αφού έλαβαν περισσότερα από 1.200 στιγμιότυπα ραδιοκυμάτων του ουρανού, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι κάθε ίχνος εκπομπών 2 μέτρων που βρήκαν προέρχεται από κάπου άλλο από το ουδέτερο υδρογόνο που αναζητούσαν.
Ενώ το αριστοκρατικό ατομικό σήμα παραμένει ανεξερεύνητο, η νέα έρευνα καταφέρνει να περιορίσει τις μελλοντικές αναζητήσεις για ουδέτερο υδρογόνο. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτά τα αποτελέσματα αποτελούν μια ισχυρή περίπτωση που τα πειράματα MWA οδηγούν αυτό το κυνήγι στο σωστό δρόμο. Με την περαιτέρω έρευνα, τα τελευταία κειμήλια των κοσμικών σκοτεινών εποχών θα μπορούσαν σύντομα να αναδειχθούν.
