Izum CAT skeniranja doveo je do revolucije u medicinskoj dijagnozi. Tamo gdje X-zrake daju samo ravan dvodimenzionalni prikaz ljudskog tijela, CAT skeniranje omogućuje otkrivanje trodimenzionalnog prikaza. Da bi se to postiglo, CAT skeniranje uzima mnoge virtualne „kriške“ elektroničkim putem i sastavlja ih u 3D sliku.
Sada je nova tehnika koja nalikuje CAT skenima, poznata kao tomografija, spremna revolucionizirati proučavanje mladog svemira i kraj kozmičkih „tamnih doba“. Izvještavajući u izdanju Nature, astrofizičari J. Stuart B. Wyithe (Sveučilište u Melbourneu) i Abraham Loeb (Harvard-Smithsonian Center za astrofiziku) izračunali su veličinu kozmičkih struktura koje će se izmjeriti kada astronomi učinkovito uzmite CAT-ove slike ranog svemira. Ta će mjerenja pokazati kako se svemir razvijao tijekom svojih prvih milijardu godina postojanja.
"Do sada smo bili ograničeni na samo jedan snimak svemira djetinjstva - kozmičku mikrovalnu pozadinu", kaže Loeb. „Ova nova tehnika omogućit će nam gledanje čitavog albuma prepunog fotografija beba u svemiru. Možemo promatrati kako svemir raste i sazrijeva. "
Rezanje prostora
Srce tehnike tomografije koju su opisali Wyithe i Loeb je istraživanje zračenja valne duljine od 21 centimetar od neutralnih vodikovih atoma. U našoj vlastitoj galaksiji ovo je zračenje pomoglo astronomima da preslikaju sferni oreol Mliječnog Puta. Za preslikavanje dalekog mladog svemira astronomi moraju otkriti zračenje od 21 cm koje je crveno pomaknuto: protežu se na veće valne duljine (i niže frekvencije) širenjem samog prostora.
Redshift je izravno povezan s udaljenošću. Što je daljnji oblak vodika od Zemlje, to je njegovo zračenje više promijenjeno. Stoga, gledajući određenom frekvencijom, astronomi mogu fotografirati „krišku” svemira na određenoj udaljenosti. Prolazeći kroz mnoge frekvencije, mogu fotografirati mnoge kriške i izgraditi trodimenzionalnu sliku svemira.
"Tomografija je složen proces, što je jedan od razloga zašto se to prije nije radilo na vrlo visokim crvenim pomacima", kaže Wyithe. "Ali to je i vrlo obećavajuće, jer je to jedna od rijetkih tehnika koja će nam omogućiti da istražimo prvih milijardu godina povijesti svemira."
Svemir sapunice
Prve milijarde godina su kritične jer su tada počele sjajati prve zvijezde i prve galaksije počele su se oblikovati u zbijene nakupine. Te su zvijezde gorjele vruće, ispuštajući ogromne količine ultraljubičastog svjetla koje je ioniziralo obližnje vodikove atome, cijepajući elektrone iz protona i uklanjajući maglu neutralnog plina koji je ispunjavao rani svemir.
Mladi grozdovi galaksije uskoro su bili okruženi mjehurićima ioniziranog plina, poput mjehurića sapuna koji su plutali u kadi s vodom. Kako je više ultraljubičastog svjetla preplavilo prostor, mjehurići su se povećavali i postupno se stapali. Konačno, oko milijardu godina nakon Velikog praska, cijeli vidljivi svemir bio je ioniziran.
Da bi proučili rani svemir kada su mjehurići bili mali a plin uglavnom neutralan, astronomi moraju uzimati kriške kroz svemir kao da režu blok švajcarskog sira. Loeb kaže da ćemo, baš kao i sa sirom, "ako su naše kriške svemira preuske, i dalje ćemo udarati iste mjehuriće. Pogled se nikad neće promijeniti. "
Kako bi dobili uistinu korisna mjerenja, astronomi moraju uzeti veće kriške koji udaraju u različite mjehuriće. Svaka kriška mora biti šira od širine tipičnog mjehurića. Wyithe i Loeb izračunavaju da su najveći pojedinačni mjehurići dosegli veličine od oko 30 milijuna svjetlosnih godina u ranom svemiru (što je ekvivalent više od 200 milijuna svjetlosnih godina u današnjem proširenom svemiru). Ta ključna predviđanja vodit će dizajn radio instrumenata za provođenje tomografskih studija.
Astronomi će uskoro testirati predviđanja Wyithea i Loeba koristeći niz antena podešenih za rad na frekvencijama od 100-200 megaherca crvenog pomaka 21 cm. Kartiranje neba na ovim frekvencijama izuzetno je teško zbog smetnji koje stvaraju ljudi (TV i FM radio) i utjecaja zemljine ionosfere na niskofrekventne radio valove. Međutim, nova jeftina elektronika i računalna tehnologija omogućit će opsežno preslikavanje prije kraja desetljeća.
"Proračuni Stuarta i Avija su lijepi jer ćemo jednom kad izgradimo naše matrice, predviđanja biti jednostavna za testiranje dok prvi pogledamo rani svemir", kaže Smithsonian radio astronom Lincoln Greenhill (CfA).
Greenhill radi na stvaranju tih prvih pogleda kroz prijedlog za opremanje vrlo velikog niza Nacionalne zaklade za znanost potrebnim prijemnicima i elektronikom, koju financira Smithsonian. "Srećom ćemo stvoriti prve slike školjki vrućeg materijala oko nekoliko najmlađih kvazara u svemiru", kaže Greenhill.
Rezultati Wyithea i Loeba također će pomoći vođenju dizajna i razvoja radio-opservatorija nove generacije koje se grade od temelja, poput europskog projekta LOFAR i niza koji je američko-australska suradnja predložila za izgradnju u radio-tihoj blizini Zapadna Australija.
Izvorni izvor: Harvard CfA News Release
