Tim znanstvenika koji rade s radio-teleskopom Murchison Widefield Array (WMA) pokušavaju pronaći signal prvih zvijezda Svemira. Prve zvijezde nastale nakon Svemirskog mračnog vijeka. Da bi pronašli svoje prvo svjetlo, istraživači traže signal od neutralnog vodika, plina koji je dominirao Univerzumom nakon mračnih stoljeća.
Trebalo je neko vrijeme da se pojave prve zvijezde. Nakon Velikog praska, svemir je bio izuzetno vruć; previše vruće da bi se mogli formirati atomi. Bez atoma ne bi moglo biti zvijezda. Tek oko 377.000 godina nakon Velikog praska, Svemir se proširio i ohladio dovoljno da se atomi formiraju, uglavnom neutralni vodik s malo helija. (I tragovi litija.) Nakon toga, počele su se formirati najstarije zvijezde, tijekom epohe reionizacije.
Da bi se pronašao neuhvatljivi signal iz tog neutralnog vodika, MWA je rekonfiguriran. MWA je u udaljenoj zapadnoj Australiji i imao je 2048 radio antena raspoređenih u 128 "pločica" kad je započeo s radom 2013. Za lov na neuhvatljiv neutralni vodikov signal, broj pločica udvostručen je na 256, a cijeli niz preuređene. Svi podaci s tih prijemnika unose se u superračunalo zvano Korelator.
Novi rad koji će biti objavljen u Astrofizičkom časopisu predstavlja rezultate prve analize podataka iz novo konfiguriranog niza. Rad je naslovljen "Rezultati prve sezone MWA faze II EoR rezultati spektra snage na Redshift-u 7." Glavni istraživač je Wenyang Li, doktorski studij na Sveučilištu Brown.
Ovo istraživanje imalo je za cilj razumijevanje jačine signala iz neutralnog vodika. Analiza je postavila najnižu granicu za taj signal, što je ključni rezultat u traženju samog slabog signala.
"S pouzdanjem možemo reći da, ako je signal neutralnog vodika bio jači od granice koju smo postavili u radu, teleskop bi ga prepoznao", rekao je Jonathan Pober, docent fizike na Sveučilištu Brown i odgovarajući autor na temu novi papir. "Ovi nalazi mogu nam pomoći da dodatno ograničimo vrijeme kada su se završila kozmička mračna doba i pojavile su se prve zvijezde."
Unatoč tome što izgleda kao detaljan vremenski okvir događaja u ranom Svemiru, postoje velike razlike u našem razumijevanju. Znamo da je nakon mračnih doba započela epoha reionizacije. Tada je stvaranje atoma dovelo do pojave prvih struktura u Svemiru, poput zvijezda, patuljastih galaksija i kvazara. Kako su se ti objekti formirali, njihova se svjetlost širila kroz Svemir, ponovno ionizirajući neutralni vodik. Nakon toga je neutralni vodik nestao iz međuzvjezdanog prostora.
Znanstvenici žele znati kako se neutralni vodik mijenjao kako je mračno doba ustupilo mjesto Epohi reonizacije, a epoha reonizacije se odvijala. Prve zvijezde koje su se formirale u Svemiru bile su građevne strukture strukture koju danas vidimo, a da bi ih razumjeli, znanstvenici trebaju pronaći signal iz tog ranog neutralnog vodika.
Ali to nije lako. Signal je slab, a za pronalaženje su potrebni izuzetno osjetljivi detektori. Iako je neutralni vodik u početku emitirao svoje zračenje valnom duljinom od 21 cm, signal se rasteže zbog širenja Svemira. Sada je oko 2 metra. Taj signal od 2 metra sada se lako gubi među mnoštvom drugih signala poput njega, prirodnih i uzrokovanih ljudima. Zato se MWA nalazi u dalekoj Australiji, kako bi je izolirali od što više radio-buke.
"Svi su ti izvori mnogostruko veći od signala koji pokušavamo otkriti", rekao je Pober. "Čak je i FM radio signal koji se odbija od aviona koji pretpostavlja da prolazi iznad teleskopa dovoljan da kontaminira podatke."
Tu dolazi do procesne snage superračunala Correlator. On ima moć odbacivanja zagađujućih signala, a također u obzir i prirodu samog MWA.
"Ako pogledamo različite radio frekvencije ili valne duljine, teleskop se ponaša malo drugačije", rekao je Pober. "Ispravljanje reakcije teleskopa apsolutno je kritično za obavljanje razdvajanja astrofizičkih onečišćenja i signala od interesa."
Rekonfiguracija niza, tehnike analize podataka, snaga superračunala i naporan rad istraživača dali su rezultate. U radu je predstavljena nova gornja granica za signal iz neutralnog vodika. Ovo je drugi put da su znanstvenici koji rade s MWA objavili novu, precizniju granicu. Uz stalni napredak, znanstvenici se nadaju da će pronaći i sam neuhvatljiv signal.
"Ova analiza pokazuje da je nadogradnja druge faze imala puno svojih željenih efekata i da će nove tehnike analize poboljšati buduće analize", rekao je Pober. "Činjenica da je MWA sada objavila dvije najbolje granice na signalu daje zamah ideji da ovaj eksperiment i njegov pristup puno obećavaju."
Više:
- Priopćenje: Znanstvenici bliže nego ikad signali iz kozmičke zore
- Istraživački rad: Rezultati prve sezone MWA faze II EoR rezultata spektra snage na Redshift-u 7
- Opservatorij MIT Haystack: Epoha reionizacije
- Svemirski magazin: Rano razdoblje ponovnog otkrivanja točke Galaxyja
