At observere fødslen af de første stjerner og galakser har været et mål for astronomer i årtier. Det vil forklare universets udvikling.
University of Cambridges team har skabt en teknik, der vil gøre dem i stand til at se og studere de første stjerner gennem brintskyerne, der dækkede universet omkring 378,000 år efter Big Bang. Deres metodologi, en del af REACH (Radio Experiment for Analysis of Cosmic Hydrogen) eksperimentet, vil forbedre kvaliteten og pålideligheden af observationer fra radioteleskoper, der ser på denne nye nøgletid i universets udvikling.
Dr. Eloy de Lera Acedo fra Cambridges Cavendish Laboratory, avisens hovedforfatter, sagde: "På det tidspunkt, hvor de første stjerner dannedes, var universet for det meste tomt og består hovedsagelig af Hydrogenering og helium. På grund af tyngdekraften kom grundstofferne til sidst sammen på grund af tyngdekraften, og betingelserne var rette for kernefusion, som dannede de første stjerner. Men de var omgivet af skyer af såkaldt neutral brint, som absorberer lys godt, så det er svært at opdage eller observere lyset bag skyerne direkte.”
"Det faktiske resultat ville kræve ny fysik for at forklare det på grund af temperaturen på brintgassen, som burde være meget køligere end vores nuværende forståelse af universet ville tillade. Alternativt en uforklarlig højere temperatur af baggrundsstrålingen – typisk antaget at være den velkendte Kosmisk mikroovn baggrund - kunne være årsagen."
"Konsekvenserne ville være enorme, hvis vi kan bekræfte, at signalet fundet i det tidligere eksperiment var fra de første stjerner."
Astronomer undersøger 21-centimeter-linjen, en elektromagnetisk strålingssignatur fra brint i tidligt univers, at forske i denne fase af Universets udvikling, som ofte omtales som Kosmisk daggry. De søger efter et radiosignal, der sammenligner strålingen fra brinten med strålingen bag brinttågen.
Teknikken skabt af videnskabsmænd bruger Bayesiansk statistik til at identificere et kosmologisk signal i nærvær af teleskopinterferens og generel himmelstøj, hvilket gør det muligt at skelne signalerne. For at gøre dette har det været nødvendigt med state-of-the-art teknikker og teknologier fra forskellige områder.
De brugte simuleringer til at efterligne en rigtig observation ved hjælp af flere antenner, hvilket forbedrer pålideligheden af dataene - tidligere observationer har været afhængige af en enkelt antenne.
de Lera Acedo sagde, "Vores metode analyserer i fællesskab data fra flere antenner og over et bredere frekvensbånd end tilsvarende nuværende instrumenter. Denne tilgang vil give os den nødvendige information til vores Bayesianske dataanalyse."
"I bund og grund glemte vi de traditionelle designstrategier og fokuserede i stedet på at designe et teleskop, der passer til den måde, vi planlægger at analysere dataene på - noget i retning af et omvendt design. Dette kunne hjælpe os med at måle ting fra det kosmiske daggry og ind i reioniseringens epoke, hvornår Hydrogenering i Universe blev genioniseret."
Teleskopets konstruktion er i øjeblikket ved at blive færdiggjort ved Karoo-radioreservatet i Sydafrika, et sted valgt på grund af dets fremragende forhold for radioobservationer af himlen. Det er langt fra menneskeskabt radiofrekvensinterferens, såsom tv- og FM-radiosignaler.
Professor de Villiers, medleder af projektet ved University of Stellenbosch i Sydafrika, sagde: "Selvom antenneteknologien, der bruges til dette instrument, er ret enkel, gør det barske og fjerntliggende implementeringsmiljø og de strenge tolerancer, der kræves i fremstillingen, dette til et meget udfordrende projekt at arbejde på."
Han tilføjede: "Vi er ekstremt spændte på at se, hvor godt systemet vil fungere, og vi har fuld tillid til, at vi vil lave den uhåndgribelige detektion."
Journal Reference:
- E. de Lera Acedo et al.: 'REACH-radiometeret til detektering af 21-cm brintsignalet fra rødforskydning z ≈ 7.5-28.' Naturstronomi (juli 2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01709-9
