Die Beobachtung der Geburt der ersten Sterne und Galaxien ist seit Jahrzehnten ein Ziel der Astronomen. Es wird die Entwicklung des Universums erklären.
Das University of Cambridge's Team hat eine Technik entwickelt, die es ihnen ermöglichen wird, die ersten Sterne durch die Wasserstoffwolken zu sehen und zu untersuchen, die das Universum etwa 378,000 Jahre nach dem Urknall bedeckten. Ihre Methodik, Teil des REACH-Experiments (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), wird die Qualität und Zuverlässigkeit von Beobachtungen von Radioteleskopen verbessern, die diese neue Schlüsselzeit in der Entwicklung des Universums betrachten.
Dr. Eloy de Lera Acedo vom Cavendish Laboratory in Cambridge, der Hauptautor des Papiers, sagte: „Zu der Zeit, als die ersten Sterne entstanden, war das Universum größtenteils leer und bestand hauptsächlich aus Hydrierung und Helium. Aufgrund der Schwerkraft kamen die Elemente schließlich aufgrund der Schwerkraft zusammen, und die Bedingungen waren richtig für die Kernfusion, die die ersten Sterne bildete. Aber sie waren von Wolken aus sogenanntem neutralem Wasserstoff umgeben, die Licht gut absorbieren, sodass es schwierig ist, das Licht hinter den Wolken direkt zu erkennen oder zu beobachten.“
„Das tatsächliche Ergebnis würde aufgrund der Temperatur des Wasserstoffgases, das viel kühler sein sollte, als es unser derzeitiges Verständnis des Universums zulässt, neue Physik erfordern, um es zu erklären. Alternativ eine unerklärliche höhere Temperatur der Hintergrundstrahlung – typischerweise als bekannt angenommen Cosmic Microwave Background – könnte die Ursache sein.“
„Die Auswirkungen wären enorm, wenn wir bestätigen könnten, dass das in diesem früheren Experiment gefundene Signal von den ersten Sternen stammt.“
Astronomen untersuchen die 21-Zentimeter-Linie, eine elektromagnetische Strahlungssignatur von Wasserstoff in der frühes Universum, um dieses Stadium der zu erforschen Die Evolution des Universums, die häufig als die bezeichnet wird Kosmische dämmerung. Sie suchen nach einem Funksignal, das die Strahlung des Wasserstoffs mit der Strahlung hinter dem Wasserstoffnebel vergleicht.
Die von Wissenschaftlern entwickelte Technik verwendet Bayes'sche Statistik, um ein kosmologisches Signal in Gegenwart von Teleskopinterferenzen und allgemeinem Himmelsrauschen zu identifizieren, wodurch die Signale unterschieden werden können. Dazu waren modernste Techniken und Technologien aus unterschiedlichen Bereichen erforderlich.
Sie verwendeten Simulationen, um eine reale Beobachtung mit mehreren Antennen nachzuahmen, was die Zuverlässigkeit der Daten verbessert – frühere Beobachtungen stützten sich auf eine einzige Antenne.
de Lera Acedo sagte: „Unsere Methode analysiert gemeinsam Daten von mehreren Antennen und über ein breiteres Frequenzband als vergleichbare aktuelle Instrumente. Dieser Ansatz wird uns die notwendigen Informationen für unsere Bayes'sche Datenanalyse liefern.“
„Im Wesentlichen haben wir traditionelle Designstrategien vergessen und uns stattdessen darauf konzentriert, ein Teleskop zu entwerfen, das für die Art und Weise geeignet ist, wie wir die Daten analysieren möchten – so etwas wie ein inverses Design. Dies könnte uns helfen, die Dinge von der kosmischen Morgenröte bis in die Epoche der Reionisierung hinein zu messen Hydrierung der Universum wurde reionisiert.“
Der Bau des Teleskops wird derzeit im Radioreservat Karoo in Südafrika abgeschlossen, einem Ort, der aufgrund seiner hervorragenden Bedingungen für Radiobeobachtungen des Himmels ausgewählt wurde. Es ist weit entfernt von von Menschen verursachten Funkfrequenzstörungen wie Fernseh- und UKW-Radiosignalen.
Professor de Villiers, Co-Leiter des Projekts an der Universität Stellenbosch in Südafrika, sagte: „Obwohl die für dieses Instrument verwendete Antennentechnologie ziemlich einfach ist, machen die raue und abgelegene Einsatzumgebung und die strengen Toleranzen, die bei der Herstellung erforderlich sind, die Arbeit an diesem Projekt zu einer sehr herausfordernden Aufgabe.“
Er fügte hinzu: „Wir sind sehr gespannt, wie gut das System funktionieren wird, und haben volles Vertrauen, dass wir diese schwer fassbare Entdeckung machen werden.“
Journal Referenz:
- E. de Lera Acedo et al.: „Das REACH-Radiometer zur Detektion des 21-cm-Wasserstoffsignals von der Rotverschiebung z ≈ 7.5–28.“ Natur Astronomie (Juli 2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01709-9
