Kreditna slika: NASA
Astronomi, ki želijo preučevati zgodnje vesolje, se soočajo s temeljnim problemom. Kako opazujete, kaj je obstajalo v "temni dobi", preden so nastale prve zvezde? Teoretika Abraham Loeb in Matias Zaldarriaga (Harvard-Smithsonian Center za astrofiziko) sta našla rešitev. Izračunali so, da lahko astronomi zaznajo prve atome v zgodnjem vesolju z iskanjem senc, ki jih oddajo.
Za opazovanje senc mora opazovalec preučiti kozmično ozadje mikrovalov (CMB) - sevanje, ki je ostalo od dobe rekombinacije. Ko je bilo vesolje staro okrog 370.000 let, se je dovolj ohladilo, da so se elektroni in protoni lahko združili, ki se je ponovno združil v nevtralne vodikove atome in omogočil, da je relikvijsko sevanje CMB iz Velikega praska v zadnjih 13 milijard letih skoraj nemoteno potovalo skozi vesolje.
Sčasoma so nekateri fotoni CMB naleteli na gruče vodikovega plina in jih absorbirali. Z iskanjem regij z manj fotonov - regij, ki so zasenčene z vodikom - lahko astronomi določijo porazdelitev snovi v zelo zgodnjem vesolju.
"Na mikrovalovno nebo je vtisnjenih ogromno informacij, ki bi nas lahko izredno natančno naučile o začetnih razmerah v vesolju," je dejal Loeb.
Inflacija in temna zadeva
Za absorpcijo fotonov CMB mora biti temperatura vodika (natančneje njegova temperatura vzbujanja) nižja od temperature sevanja CMB - pogojev, ki so obstajali šele, ko je bilo vesolje staro med 20 in 100 milijonov let (starost Vesolja: 13,7 milijarde let). Po naključju je to tudi veliko pred nastankom zvezd ali galaksij, ki odpira edinstveno okno v tako imenovane "temne dobe."
Preučevanje senc CMB omogoča tudi astronomom, da opazujejo veliko manjše strukture, kot je bilo mogoče prej z uporabo instrumentov, kot je satelit Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). S senčno tehniko lahko v današnjem vesolju odkrijemo vodikove grude, ki so v današnjem vesolju vsega 30.000 svetlobnih let, ali kar ustreza le 300 svetlobnim letom v prvotnem vesolju. (Lestvica je z naraščanjem vesolja naraščala.) Takšna ločljivost je faktor 1000-krat boljša od ločljivosti WMAP.
"Ta metoda ponuja vpogled v fiziko zelo zgodnjega vesolja, in sicer v obdobje inflacije, v katerem naj bi nastajala nihanja v porazdelitvi snovi. Poleg tega bi lahko ugotovili, ali nevtrini ali kakšna neznana vrsta delcev bistveno prispevajo k količini 'temne snovi' v vesolju. Ta vprašanja - kaj se je zgodilo v obdobju inflacije in kaj je temna materija - so ključni problemi sodobne kozmologije, katerih odgovori bodo dali temeljit vpogled v naravo vesolja, "je dejal Loeb.
Opazovalni izziv
Atomi vodika absorbirajo fotone CMB pri določeni valovni dolžini 21 centimetrov (8 palcev). Širitev vesolja razteza valovno dolžino v pojavu, imenovanem rdeče premikanje (ker je daljša valovna dolžina rdeča). Zato morajo astronomi opazovati 21-centimetrsko absorpcijo iz zgodnjega vesolja na radijskih delih elektromagnetnega spektra na daljših valovnih dolžinah od 6 do 21 metrov (20 do 70 čevljev).
Opazovanje senc CMB pri radijskih valovnih dolžinah bo težko zaradi motenj nebesnih virov. Za zbiranje natančnih podatkov bodo morali astronomi uporabiti radijske teleskope naslednje generacije, kot sta nizkofrekvenčni niz (LOFAR) in kvadratni kilometrski niz (SKA). Čeprav bodo opažanja izziv, je potencialni izplačilo velik.
"Tam je zunaj zlato rudnik informacij, ki čakajo na pridobivanje. Čeprav je njegovo popolno odkrivanje morda eksperimentalno zahtevno, je koristno vedeti, da obstaja in da ga bomo lahko poskušali izmeriti v bližnji prihodnosti, "je dejal Loeb.
Ta raziskava bo objavljena v prihodnji številki Fizičnih preglednih pisem, trenutno pa je na voljo na spletni strani http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
S sedežem v Cambridgeu, Massachusetts, Harvard-Smithsonian Center za astrofiziko je skupno sodelovanje med Smithsonian Astrophysical Observatory in Harvard College Observatory. Znanstveniki organizacije CfA, organizirani v šest raziskovalnih oddelkov, preučujejo nastanek, razvoj in končno usodo vesolja.
Izvirni vir: Harvard CfA News Release
