Včasih je biti astronom. Ko je vaša nebesna tarča nekaj preprostega in svetlega, je igra lahko precej preprosta: usmerite svoj teleskop na stvar in počakajte, da se vsi sočni fotoni nalijejo vanj.
Toda včasih biti astronom je težko, denimo, ko poskušaš preučiti prve zvezde, ki se pojavijo v vesolju. Preveč so oddaljeni in preveč slabovidni, da bi jih videli direktno s teleskopi (tudi veliko bolj razgibani vesoljski teleskop James Webb bo lahko videl samo prve galaksije, kopičenje svetlobe iz več sto milijard zvezd). Do danes nimamo nobenih opazovanj o prvih zvezdah, kar je glavni branik.
Torej, astronomi se vključijo v malo kozmičnega pokuka.
Pred nastankom prvih zvezd (točen datum je negotov, ker ga še nismo opazovali, vendar sumimo, da se je zgodilo pred trinajstimi milijardami let), je bilo vesolje sestavljeno skoraj iz čistega, neurejenega nevtralnega vodika: posamezni elektroni so vezani na enojni protoni v popolni harmoniji.
Toda takrat so se pojavile prve zvezde in vlivale svoje visokoenergijsko sevanje po vsem kozmosu ter preplavile vesolje s številnimi rentgenskimi in gama žarki. To intenzivno sevanje je raztrgalo nevtralni vodik in ga pretvorilo v tanko, a vročo plazmo, ki jo vidimo v današnjem vesolju. Ta proces, znan kot Epoha rejonizacije, se je začel v majhnih obližih, ki so na koncu zrasli, da bi zajeli vesolje, kot kup čudnih mehurčkov.
Vse to je fascinantno, toda kako lahko astronomi dejansko zaznajo ta proces? To lahko storijo z majhnim trikom nevtralnega vodika: oddaja sevanje pri zelo specifičnem pogostem 1420 MHz, kar ustreza valovni dolžini 21 centimetrov. Preden so se prve zvezde pojavile na spletu, je nevtralni plin to 21-centimetrsko sevanje izčrpal z vedrom, pri čemer se je signal postopoma zmanjšal, ko je vesolje postalo plazma.
Zveni kot načrt, razen a) ta signal je neverjetno šibek in b) bajlijoni drugih stvari v vesolju oddajajo sevanje s podobnimi frekvencami, vključno z našimi radijski sprejemniki na Zemlji.
Odstranitev motečega hrupa od sočnega kozmološkega signala zahteva množico podatkov in presejanje skozi astronomsko seno za 21-centimetrsko iglo. Trenutno nimamo možnosti za odkrivanje - na to bodo morali čakati radijski teleskopi nove generacije, kot je Square Kilometer Array - toda trenutni observatoriji, kot je Murchison Widefield Array v zahodni Avstraliji, postavljajo vse potrebne temelje.
Vključno z dostavo 200 TB podatkov v prvi prepustnici, ki jo trenutno preučujejo nekateri najmočnejši superračunalniki na svetu.
