Η παρατήρηση της γέννησης των πρώτων άστρων και γαλαξιών ήταν στόχος των αστρονόμων εδώ και δεκαετίες. Θα εξηγήσει την εξέλιξη του Σύμπαντος.
Η Πανεπιστήμιο του ΚαίμπριτζΗ ομάδα του έχει δημιουργήσει μια τεχνική που θα τους επιτρέψει να δουν και να μελετήσουν τα πρώτα αστέρια μέσα από τα σύννεφα υδρογόνου που κάλυψαν το Σύμπαν περίπου 378,000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Η μεθοδολογία τους, μέρος του πειράματος REACH (Ραδιοφωνικό πείραμα για την ανάλυση του Κοσμικού Υδρογόνου), θα βελτιώσει την ποιότητα και την αξιοπιστία των παρατηρήσεων από ραδιοτηλεσκόπια που εξετάζουν αυτή τη νέα καίρια στιγμή στην ανάπτυξη του Σύμπαντος.
Ο Δρ Eloy de Lera Acedo από το Cavendish Laboratory του Cambridge, ο κύριος συγγραφέας της εργασίας, είπε: «Την εποχή που σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια, το Σύμπαν ήταν ως επί το πλείστον άδειο και αποτελούνταν κυρίως από υδρογόνο και ήλιο. Λόγω της βαρύτητας, τα στοιχεία τελικά ενώθηκαν λόγω της βαρύτητας και οι συνθήκες ήταν κατάλληλες για την πυρηνική σύντηξη, η οποία σχημάτισε τα πρώτα αστέρια. Αλλά περιβάλλονταν από σύννεφα αποκαλούμενου ουδέτερου υδρογόνου, τα οποία απορροφούν καλά το φως, επομένως είναι δύσκολο να ανιχνευθεί ή να παρατηρηθεί απευθείας το φως πίσω από τα σύννεφα».
«Το πραγματικό αποτέλεσμα θα απαιτούσε τη νέα φυσική για να το εξηγήσει λόγω της θερμοκρασίας του αερίου υδρογόνου, η οποία θα πρέπει να είναι πολύ πιο ψυχρή από ό,τι θα επέτρεπε η τρέχουσα κατανόησή μας για το Σύμπαν. Εναλλακτικά, μια ανεξήγητη υψηλότερη θερμοκρασία της ακτινοβολίας υποβάθρου - συνήθως υποτίθεται ότι είναι η γνωστή Κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων – θα μπορούσε να είναι η αιτία».
«Οι συνέπειες θα ήταν τεράστιες αν μπορέσουμε να επιβεβαιώσουμε ότι το σήμα που βρέθηκε σε εκείνο το προηγούμενο πείραμα ήταν από τα πρώτα αστέρια».
Οι αστρονόμοι ερευνούν τη γραμμή των 21 εκατοστών, μια υπογραφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από το υδρογόνο στο πρώιμο Σύμπαν, για την έρευνα αυτού του σταδίου του Η εξέλιξη του Σύμπαντος, το οποίο αναφέρεται συχνά ως το Κοσμική Αυγή. Ψάχνουν για ένα ραδιοσήμα που συγκρίνει την ακτινοβολία από το υδρογόνο με την ακτινοβολία πίσω από την ομίχλη υδρογόνου.
Η τεχνική που δημιούργησαν οι επιστήμονες χρησιμοποιεί στατιστικές Bayes για να προσδιορίσει ένα κοσμολογικό σήμα παρουσία τηλεσκοπικής παρεμβολής και γενικού θορύβου του ουρανού, επιτρέποντας τη διάκριση των σημάτων. Για να γίνει αυτό, απαιτήθηκαν τεχνικές και τεχνολογίες αιχμής από διαφορετικούς τομείς.
Χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις για να μιμηθούν μια πραγματική παρατήρηση χρησιμοποιώντας πολλαπλές κεραίες, κάτι που βελτιώνει την αξιοπιστία των δεδομένων – οι προηγούμενες παρατηρήσεις βασίζονταν σε μία μόνο κεραία.
Ο de Lera Acedo είπε, «Η μέθοδός μας αναλύει από κοινού δεδομένα από πολλές κεραίες και σε μια ευρύτερη ζώνη συχνοτήτων από τα ισοδύναμα τρέχοντα όργανα. Αυτή η προσέγγιση θα μας δώσει τις απαραίτητες πληροφορίες για την ανάλυση των δεδομένων Μπεϋζιάν».
«Στην ουσία, ξεχάσαμε τις παραδοσιακές στρατηγικές σχεδιασμού και αντ' αυτού επικεντρωθήκαμε στο σχεδιασμό ενός τηλεσκοπίου κατάλληλου για τον τρόπο που σχεδιάζουμε να αναλύσουμε τα δεδομένα – κάτι σαν αντίστροφο σχέδιο. Αυτό θα μπορούσε να μας βοηθήσει να μετρήσουμε τα πράγματα από την Κοσμική Αυγή μέχρι την εποχή του επαναϊονισμού όταν υδρογόνο στο Σύμπαν επαναϊονίστηκε.»
Η κατασκευή του τηλεσκοπίου ολοκληρώνεται επί του παρόντος στο αποθεματικό ραδιοφώνου Karoo στη Νότια Αφρική, μια τοποθεσία που επιλέχθηκε για τις άριστες συνθήκες για ραδιοπαρατηρήσεις του ουρανού. Απέχει πολύ από ανθρωπογενείς παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων, όπως σήματα τηλεόρασης και ραδιοφώνου FM.
Ο καθηγητής de Villiers, συνεπικεφαλής του έργου στο Πανεπιστήμιο του Stellenbosch στη Νότια Αφρική, είπε: «Παρόλο που η τεχνολογία κεραίας που χρησιμοποιείται για αυτό το όργανο είναι μάλλον απλή, το σκληρό και απομακρυσμένο περιβάλλον ανάπτυξης και οι αυστηρές ανοχές που απαιτούνται στην κατασκευή, καθιστούν αυτό το έργο ένα πολύ δύσκολο έργο».
Και πρόσθεσε: «Είμαστε εξαιρετικά ενθουσιασμένοι που βλέπουμε πόσο καλά θα αποδώσει το σύστημα και έχουμε πλήρη εμπιστοσύνη ότι θα κάνουμε αυτόν τον άπιαστο εντοπισμό».
Αναφορά στο περιοδικό:
- E. de Lera Acedo et al.: 'Το ραδιόμετρο REACH για την ανίχνευση του σήματος υδρογόνου 21 cm από μετατόπιση προς το κόκκινο z ≈ 7.5–28.' Φύση Αστρονομία (Ιούλιος 2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01709-9
