Ekipa znanstvenikov, ki sodeluje z radijskim teleskopom Murchison Widefield Array (WMA), poskuša najti signal prvih zvezd vesolja. Prve zvezde, nastale po temnem veku vesolja. Da bi našli svojo prvo luč, raziskovalci iščejo signal iz nevtralnega vodika, plina, ki je obvladoval vesolje po temnih vekih.
Kar nekaj časa je trajalo, da so se oblikovale prve zvezde. Po velikem udaru je bilo vesolje izredno vroče; prevroče, da bi nastali atomi. Brez atomov ne bi moglo biti zvezd. Šele približno 377.000 let po velikem udaru se je Vesolje razširilo in ohladilo, da so se lahko tvorili atomi, večinoma nevtralni vodik z malo helija. (In sledi litija.) Po tem so se začele oblikovati najzgodnejše zvezde, v času epohe reionizacije.
Da bi našli nevidljiv signal iz tega nevtralnega vodika, je bil MWA ponovno konfiguriran. MWA je v oddaljeni Zahodni Avstraliji in je imela 2048 radijskih anten razporejenih v 128 "ploščic", ko je začelo delovati leta 2013. Za lov na nevsiljiv nevtralni vodikov signal se je število ploščic podvojilo na 256 in celoten niz je bil preurejen. Vsi podatki s teh sprejemnikov so shranjeni v superračunalniku z imenom Korelator.
V novem prispevku, ki bo objavljen v Astrophysical Journal, so predstavljeni rezultati prve analize podatkov iz novo konfiguriranega niza. Prispevek je naslovljen "Rezultati sezone EOR Power Spectrum v prvi sezoni MWA pri Redshift 7." Glavni raziskovalec je Wenyang Li, doktorski študent na univerzi Brown.
Ta raziskava je bila namenjena razumevanju jakosti signala iz nevtralnega vodika. Analiza je postavila najnižjo mejo za ta signal, kar je ključni rezultat iskanja samega signala.
"Z zaupanjem lahko rečemo, da če bi bil nevtralni vodikov signal močnejši od meje, ki smo jo določili v prispevku, bi ga teleskop zaznal," je dejal Jonathan Pober, docent fizike na univerzi Brown in ustrezni avtor za nov papir. "Te ugotovitve nam lahko pomagajo še naprej omejiti čas, ko so se končale temne dobe in so se pojavile prve zvezde."
Kljub temu, da je videti kot podroben časovni okvir dogajanja v zgodnjem vesolju, obstajajo velike razlike v našem razumevanju. Vemo, da se je po temni dobi začela epoha reionizacije. Takrat je nastajanje atomov pripeljalo do pojava prvih struktur v vesolju, kot so zvezde, pritlikave galaksije in kvazarji. Ko so se ti predmeti oblikovali, se je njihova svetloba širila po Vesolju in ponovno ionizirala nevtralen vodik. Po tem je nevtralen vodik izginil iz medzvezdnega prostora.
Znanstveniki želijo vedeti, kako se je nevtralni vodik spremenil, ko je temna doba popuščala epohi reionizacije in se je razvila epoha reionizacije. Prve zvezde, ki so se oblikovale v vesolju, so bile gradniki strukture, ki jo vidimo danes, in da bi jih razumeli, morajo znanstveniki najti signal tistega zgodnjega nevtralnega vodika.
Toda to ni enostavno. Signala je šibko, za njegovo iskanje pa potrebujejo izjemno občutljivi detektorji. Čeprav je nevtralni vodik sprva oddajal svoje sevanje pri valovni dolžini 21 cm, se signal razširi zaradi širitve vesolja. Zdaj je približno 2 metra. Ta 2-metrski signal se zdaj zlahka izgubi med množico drugih takšnih signalov, naravnih in človeških. Zato je MWA v oddaljeni Avstraliji, da bi izolirali čim več radijskega hrupa.
"Vsi ti drugi viri so veliko večja od signala, ki ga poskušamo zaznati," je dejal Pober. "Tudi FM radijski signal, ki se odraža z letala, ki naj bi šlo nad teleskop, je dovolj za onesnaženje podatkov."
Tukaj pride do procesne moči superračunalnika Correlator. Ta ima moč za zavržanje onesnaževalnih signalov in tudi za naravo samega MWA.
"Če pogledamo različne radijske frekvence ali valovne dolžine, se teleskop obnaša nekoliko drugače," je dejal Pober. "Popravljanje odziva teleskopa je absolutno ključnega pomena za ločitev astrofizičnih onesnaževalcev in signala, ki vas zanima."
Rekonfiguracija matrike, tehnike analize podatkov, moč superračunalnika in trdo delo raziskovalcev so prinesle rezultate. V prispevku je predstavljena nova zgornja meja za signal iz nevtralnega vodika. Znanstveniki, ki sodelujejo z MWA, so že drugič objavili novo, bolj natančno nastavljeno mejo. Znanstveniki z nenehnim napredkom upajo, da bodo sami našli izmuzni signal.
"Ta analiza kaže, da je imela nadgradnja druge faze številne želene učinke in da bodo nove tehnike analize izboljšale prihodnje analize," je dejal Pober. "Dejstvo, da je MWA zdaj objavila dve najboljši omejitvi signala, daje zagon ideji, da ta poskus in njegov pristop veliko obljubljata."
Več:
- Sporočilo za javnost: Znanstveniki zaznavajo bližje kot kdajkoli prej, da bi oddali signal iz kozmične zore
- Raziskovalni članek: Rezultati sezone EOR Power Spectrum prve faze MWA pri Redshift 7
- Observatorij sena MIT: Epoha reionizacije
- Vesoljska revija: zgodnje obdobje reonizacije Galaxy Pinpoints
