Att observera födelsen av de första stjärnorna och galaxerna har varit ett mål för astronomer i årtionden. Det kommer att förklara universums utveckling.
Smakämnen University of Cambridges team har skapat en teknik som gör det möjligt för dem att se och studera de första stjärnorna genom vätemolnen som täckte universum cirka 378,000 XNUMX år efter Big Bang. Deras metodik, en del av REACH-experimentet (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), kommer att förbättra kvaliteten och tillförlitligheten av observationer från radioteleskop som tittar på denna nya nyckeltid i universums utveckling.
Dr Eloy de Lera Acedo från Cambridges Cavendish Laboratory, tidningens huvudförfattare, sa: "Vid tiden när de första stjärnorna bildades var universum mestadels tomt och bestod mestadels av Hydrering och helium. På grund av gravitationen kom elementen så småningom samman på grund av gravitationen, och förutsättningarna var de rätta för kärnfusion, som bildade de första stjärnorna. Men de var omgivna av moln av så kallat neutralt väte, som absorberar ljus väl, så det är svårt att upptäcka eller observera ljuset bakom molnen direkt.”
"Det faktiska resultatet skulle kräva ny fysik för att förklara det på grund av temperaturen på vätgasen, som borde vara mycket svalare än vad vår nuvarande förståelse av universum skulle tillåta. Alternativt kan en oförklarad högre temperatur på bakgrundsstrålningen – vanligtvis antas vara den välkända Kosmisk mikrovågsugn bakgrund – kan vara orsaken.”
"Konsekvenserna skulle vara enorma om vi kan bekräfta att signalen som hittades i det tidigare experimentet var från de första stjärnorna."
Astronomer undersöker 21-centimeterslinjen, en elektromagnetisk strålningssignatur från väte i tidiga universum, för att undersöka detta skede av Universums evolution, som ofta kallas för Kosmisk gryning. De söker efter en radiosignal som jämför strålningen från vätet med strålningen bakom vätgasdimman.
Tekniken som skapats av forskare använder Bayesiansk statistik för att identifiera en kosmologisk signal i närvaro av teleskopstörningar och allmänt himmelsbrus, vilket gör att signalerna kan särskiljas. För att göra detta har det krävts toppmoderna tekniker och teknologier från olika områden.
De använde simuleringar för att efterlikna en verklig observation med flera antenner, vilket förbättrar tillförlitligheten hos data – tidigare observationer har förlitat sig på en enda antenn.
de Lera Acedo sa, "Vår metod analyserar gemensamt data från flera antenner och över ett bredare frekvensband än motsvarande nuvarande instrument. Detta tillvägagångssätt kommer att ge oss den nödvändiga informationen för vår Bayesianska dataanalys."
"I huvudsak glömde vi traditionella designstrategier och fokuserade istället på att designa ett teleskop som är anpassat till det sätt vi planerar att analysera data på - ungefär som en omvänd design. Detta kan hjälpa oss att mäta saker från den kosmiska gryningen och in i återjoniseringens epok när Hydrering i Universum återjoniserades."
Teleskopets konstruktion håller för närvarande på att slutföras vid Karoo radioreservat i Sydafrika, en plats som valts för dess utmärkta förhållanden för radioobservationer av himlen. Det är långt ifrån mänskligt skapade radiofrekvensstörningar, såsom tv- och FM-radiosignaler.
Professor de Villiers, medledare för projektet vid University of Stellenbosch i Sydafrika, sa: "Även om antenntekniken som används för det här instrumentet är ganska enkel, gör den hårda och fjärrinstallerade miljön och de strikta toleranserna som krävs vid tillverkningen detta till ett mycket utmanande projekt att arbeta med."
Han tillade: "Vi är extremt glada över att se hur väl systemet kommer att fungera och har fullt förtroende för att vi kommer att göra den svårfångade upptäckten."
Tidskriftsreferens:
- E. de Lera Acedo et al.: 'REACH-radiometern för att detektera 21-cm vätesignalen från rödförskjutning z ≈ 7.5–28.' Natur Astronomi (juli 2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01709-9
