Kreditna slika: NASA
Astronomi koji žele proučavati rani svemir suočavaju se s temeljnim problemom. Kako promatrate ono što je postojalo tijekom "mračnog doba", prije nego što su se formirale prve zvijezde? Teoretičari Abraham Loeb i Matias Zaldarriaga (Harvard-Smithsonian Center za astrofiziku) našli su rješenje. Izračunali su da astronomi mogu otkriti prve atome u ranom svemiru tražeći sjene koje bacaju.
Da bi vidio sjene, promatrač mora proučiti kozmičku mikrovalnu pozadinu (CMB) - zračenje preostalo iz ere rekombinacije. Kad je svemir bio star oko 370.000 godina, dovoljno se ohladio da se elektroni i protoni mogu sjediniti, rekombinirajući se u neutralne atome vodika i omogućujući da relikvijsko CMB zračenje iz Velikog praska tijekom gotovo 13 milijardi godina gotovo neometano prođe kroz svemir.
Vremenom su se neki od CMB fotona susreli s nakupinama vodikovog plina i bili su apsorbirani. Tražeći regije s manje fotona - regije koje su u sjeni vodik - astronomi mogu utvrditi raspodjelu materije u vrlo ranom svemiru.
"Na mikrovalnom nebu utisnuta je ogromna količina informacija koje bi nas mogle s izuzetnom preciznošću podučiti o početnim uvjetima svemira", rekao je Loeb.
Inflacija i tamna materija
Da bi apsorbirali CMB fotone, temperatura vodika (posebno njegova temperatura pobuđenja) mora biti niža od temperature CMB zračenja - uvjeti koji su postojali samo kad je svemir bio star između 20 i 100 milijuna godina (starost svemira: 13,7 milijardi godina). Slučajno je, to se događa i prije stvaranja bilo koje zvijezde ili galaksije, otvarajući jedinstveni prozor u takozvana "mračna doba".
Proučavanje CMB sjena također astronomima omogućuje promatranje mnogo manjih struktura nego što je to bilo prije moguće pomoću instrumenata poput satelita Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Tehnika sjene može otkriti nakupine vodika u samo 30 000 svjetlosnih godina u današnjem svemiru ili ekvivalent samo 300 svjetlosnih godina u prvobitnom svemiru. (Skala se povećavala kako se svemir širi.) Takva je rezolucija faktor 1000 puta bolja od rezolucije WMAP-a.
„Ova metoda nudi uvid u fiziku vrlo ranog svemira, naime epohu inflacije tijekom koje se vjeruje da je došlo do kolebanja u distribuciji materije. Nadalje, mogli bismo utvrditi doprinose li neutrini ili neka nepoznata vrsta čestica količini 'tamne materije' u svemiru. Ova pitanja - što se dogodilo tijekom epohe inflacije i što je tamna materija - ključni su problemi u modernoj kozmologiji čiji će odgovori dati temeljni uvid u prirodu svemira “, rekao je Loeb.
Promatrački izazov
Atomi vodika apsorbiraju CMB fotone u određenoj valnoj duljini od 21 centimetar (8 inča). Širenje svemira rasteže valnu duljinu u fenomenu zvanom crveni pomak (jer je dulja valna duljina crvena). Stoga, kako bi promatrali apsorpciju od 21 cm iz ranog svemira, astronomi moraju gledati dulje valne duljine od 6 do 21 metar (20 do 70 stopa), u radio dijelu elektromagnetskog spektra.
Promatranje CMB sjena na radio valnim duljinama bit će teško zbog interferencije izvora neba prednjeg mora. Da bi prikupili točne podatke, astronomi će morati upotrijebiti radio-teleskope nove generacije, poput niskofrekventnih nizova (LOFAR) i kvadratne kilometraže (SKA). Iako će promatranja biti izazov, potencijalna isplata je velika.
"Tamo je zlato rudnika informacija koje čekaju da budu izvučene. Iako bi njegovo potpuno otkrivanje moglo biti eksperimentalno izazovno, korisno je znati da postoji i da bismo ga mogli pokušati izmjeriti u skoroj budućnosti, “rekao je Loeb.
Ovo će istraživanje biti objavljeno u nadolazećem broju časopisa Physical Review Letters, a trenutno je dostupno putem Interneta na http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
Sa sjedištem u Cambridgeu, Massachusetts, Harvard-Smithsonian Centar za astrofiziku zajednička je suradnja između Smithsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Znanstvenici iz CfA, organizirani u šest istraživačkih odjela, proučavaju porijeklo, evoluciju i konačnu sudbinu svemira.
Izvorni izvor: Harvard CfA News Release
