Izum skeniranja CAT je privedel do revolucije v medicinski diagnostiki. Kadar rentgenski žarki dajejo le raven dvodimenzionalni pogled človeškega telesa, CAT skeniranje omogoča bolj razkrit tridimenzionalni pogled. Če želite to narediti, CAT skenirajo veliko virtualnih "rezin" v elektronski obliki in jih sestavijo v 3D sliko.
Zdaj je nova tehnika, ki spominja na CAT-skeniranje, znana kot tomografija, pripravljena za revolucijo v preučevanju mladega vesolja in koncu kozmičnih "temnih dob." Poročajo v številki Nature, astrofiziki J. Stuart B. Wyithe (Univerza v Melbournu) in Abraham Loeb (Harvard-Smithsonian Center za astrofiziko) 11. novembra 2004 sta izračunala velikost kozmičnih struktur, ki jih bomo izmerili, ko bodo astronomi učinkovito posneti CAT-ove slike iz zgodnjega vesolja. Te meritve bodo pokazale, kako se je vesolje razvijalo v prvih milijardah let svojega obstoja.
"Do zdaj smo bili omejeni na en posnetek otroštva vesolja - kozmično mikrovalovno ozadje," pravi Loeb. "Ta nova tehnika nam bo omogočila ogled celotnega albuma, polnega otroških fotografij vesolja. Lahko opazujemo, kako vesolje raste in dozoreva. "
Rezanje prostora
Bistvo tehnike tomografije, ki sta jo opisala Wyithe in Loeb, je preučevanje 21-centimetrskega sevanja valovne dolžine iz nevtralnih vodikovih atomov. V naši lastni galaksiji je to sevanje pomagalo astronomom, da preslikajo sferični halo Mlečne poti. Za preslikavo oddaljenega mladega vesolja morajo astronomi zaznati 21-centimetrsko sevanje, ki je bilo s premikanjem vesolja raztegnjeno na daljše valovne dolžine (in nižje frekvence).
Redshift je neposredno povezan z razdaljo. Bolj kot je oblak vodika od Zemlje, bolj se njegovo sevanje bolj spreminja. Zato lahko astronomi s specifično frekvenco fotografirajo "rezino" vesolja na določeni razdalji. Ko stopijo skozi številne frekvence, lahko fotografirajo številne rezine in sestavijo tridimenzionalno sliko vesolja.
"Tomografija je zapleten postopek, ki je eden od razlogov, zakaj tega še niso storili pri zelo velikih rdečih premikih," pravi Wyithe. "Toda tudi zelo obetaven je, ker je ena redkih tehnik, ki nam bo omogočila, da bomo preučili prve milijarde let zgodovine vesolja."
Vesolje milne mehurčke
Prva milijarda let je kritična, ker so takrat začele svetleti prve zvezde in prve galaksije so se začele oblikovati v kompaktnih grozdih. Te zvezde so vroče gorele in oddajale ogromno količino ultravijolične svetlobe, ki je ionizirala bližnje atome vodika, cepila elektrone iz protonov in čistila meglo nevtralnega plina, ki je napolnil zgodnje vesolje.
Mlade galaksijske grozde so kmalu obkrožili mehurčki ioniziranega plina, podobno kot milni mehurčki, ki plavajo v kadi z vodo. Ko je več ultravijolične svetlobe preplavilo prostor, so se mehurčki povečevali in se postopoma združili. Sčasoma je približno milijardo let po velikem udaru ioniziralo celotno vidno vesolje.
Za preučevanje zgodnjega vesolja, ko so bili mehurčki majhni in je plin večinoma nevtralen, morajo astronomi vzeti rezine skozi vesolje, kot da bi narezali košček švicarskega sira. Loeb pravi, da bomo tako kot pri siru, če so naše rezine vesolja preozke, še naprej trkale iste mehurčke. Pogled se ne bo nikoli spremenil. "
Da bi dobili resnično koristne meritve, morajo astronomi vzeti večje rezine, ki zadenejo različne mehurčke. Vsaka rezina mora biti širša od širine značilnega mehurčka. Wyithe in Loeb izračunata, da so največji posamezni mehurčki v zgodnjem vesolju dosegli velikosti približno 30 milijonov svetlobnih let (kar ustreza več kot 200 milijonom svetlobnih let v današnjem razširjenem vesolju). Te ključne napovedi bodo vodile zasnovo radijskih instrumentov za izvajanje tomografskih študij.
Astronomi bodo kmalu preizkusili napovedi Wyitheja in Loeba z uporabo antene, ki je naravnana za delovanje na 100-200 megahertskih frekvencah premeščenega 21-centimetrskega vodika. Kartiranje neba na teh frekvencah je izredno težko zaradi motenj, ki jih povzroči človek (TV in FM radio) ter vplivov zemeljske ionosfere na nizkofrekvenčne radijske valove. Vendar bodo nove poceni elektronike in računalniških tehnologij pred koncem desetletja omogočile obsežne karte.
"Izračuni Stuarta in Avija so lepi, saj ko bomo enkrat izdelali svoje matrike, bodo napovedi preproste za preizkušanje, ko bomo odkrili prve utrinke zgodnjega vesolja," pravi Smithsonian radio astronom Lincoln Greenhill (CfA).
Greenhill si prizadeva ustvariti te prve utrinke s predlogom, da bi zelo velik niz Nacionalne znanstvene fundacije opremil s potrebnimi sprejemniki in elektroniko, ki jo financira Smithsonian. "S srečo bomo ustvarili prve slike iz lupin vročega materiala okoli nekaj najmlajših kvazarjev v vesolju," pravi Greenhill.
Rezultati Wyithe in Loeb bodo pomagali tudi pri načrtovanju in razvoju radijskih opazovalnic nove generacije, ki se bodo gradile od začetka, kot sta evropski projekt LOFAR in niz, ki ga je ameriško-avstralsko sodelovanje predlagalo za gradnjo v radijsko tihem Zahodna Avstralija.
Izvirni vir: Harvard CfA News Release
