การสังเกตการกำเนิดของดาวฤกษ์ดวงแรกและกาแลคซี่เป็นเป้าหมายของนักดาราศาสตร์มานานหลายทศวรรษ มันจะอธิบายวิวัฒนาการของจักรวาล
พื้นที่ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ทีมงานของได้สร้างเทคนิคที่จะช่วยให้พวกเขามองเห็นและศึกษาดาวดวงแรกผ่านเมฆไฮโดรเจนที่ปกคลุมจักรวาลประมาณ 378,000 ปีหลังจากบิ๊กแบง วิธีการของพวกเขาซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการทดลอง REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen) จะปรับปรุงคุณภาพและความน่าเชื่อถือของการสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์วิทยุโดยพิจารณาถึงช่วงเวลาสำคัญใหม่นี้ในการพัฒนาจักรวาล
Dr. Eloy de Lera Acedo จาก Cavendish Laboratory ของเคมบริดจ์ ผู้เขียนหลักของหนังสือพิมพ์กล่าวว่า “ในช่วงเวลาที่ดาวฤกษ์ดวงแรกก่อตัวขึ้น จักรวาลส่วนใหญ่ว่างเปล่าและประกอบด้วย ไฮโดรเจน และฮีเลียม เนื่องจากแรงโน้มถ่วง ธาตุต่างๆ จึงมารวมกันเพราะแรงโน้มถ่วง และสภาวะต่างๆ ก็เหมาะสมสำหรับการเกิดนิวเคลียสซึ่งก่อให้เกิดดาวฤกษ์ดวงแรก แต่พวกมันถูกล้อมรอบด้วยเมฆที่เรียกว่าไฮโดรเจนเป็นกลาง ซึ่งดูดซับแสงได้ดี ดังนั้นจึงยากที่จะตรวจจับหรือสังเกตแสงด้านหลังเมฆโดยตรง”
"ผลที่แท้จริงจะต้องใช้ฟิสิกส์ใหม่ในการอธิบายเนื่องจากอุณหภูมิของก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งน่าจะเย็นกว่าที่เราเข้าใจจักรวาลในปัจจุบันมาก อีกทางหนึ่งคือ อุณหภูมิที่สูงกว่าโดยไม่ทราบสาเหตุของรังสีพื้นหลัง – โดยทั่วไปถือว่าเป็นที่รู้จัก พื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล - อาจเป็นสาเหตุ”
“ความหมายจะมหาศาลถ้าเราสามารถยืนยันได้ว่าสัญญาณที่พบในการทดลองครั้งก่อนนั้นมาจากดาวดวงแรก”
นักดาราศาสตร์สำรวจเส้น 21 ซม. ซึ่งเป็นสัญญาณการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากไฮโดรเจนใน ต้นจักรวาล, เพื่อวิจัยขั้นตอนนี้ของ วิวัฒนาการของจักรวาลซึ่งมักเรียกกันว่า จักรวาลรุ่งอรุณ. พวกเขาค้นหาสัญญาณวิทยุที่เปรียบเทียบรังสีจากไฮโดรเจนกับการแผ่รังสีหลังหมอกไฮโดรเจน
เทคนิคที่สร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ใช้สถิติแบบเบย์เพื่อระบุสัญญาณจักรวาลวิทยาเมื่อมีสัญญาณรบกวนจากกล้องโทรทรรศน์และเสียงท้องฟ้าทั่วไป ทำให้สามารถแยกแยะสัญญาณได้ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องมีเทคนิคและเทคโนโลยีล้ำสมัยจากสาขาต่างๆ
พวกเขาใช้การจำลองเพื่อเลียนแบบการสังเกตการณ์จริงโดยใช้เสาอากาศหลายสาย ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของข้อมูล – การสังเกตการณ์ก่อนหน้านี้อาศัยเสาอากาศเพียงเสาเดียว
เดอ เลรา อะเซโด กล่าวว่า “วิธีการของเราร่วมกันวิเคราะห์ข้อมูลจากหลายเสาอากาศและข้ามแถบความถี่ที่กว้างกว่าเครื่องมือปัจจุบันที่เทียบเท่ากัน วิธีการนี้จะให้ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์ข้อมูลแบบเบย์ของเรา”
“โดยพื้นฐานแล้ว เราลืมเกี่ยวกับกลยุทธ์การออกแบบแบบดั้งเดิม และแทนที่จะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบกล้องโทรทรรศน์ที่เหมาะสมกับวิธีที่เราวางแผนจะวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งคล้ายกับการออกแบบแบบผกผัน สิ่งนี้สามารถช่วยเราวัดสิ่งต่าง ๆ จาก Cosmic Dawn และในยุคของการเกิดไอออนใหม่เมื่อ ไฮโดรเจน ใน จักรวาล ถูกปรับสภาพใหม่”
การก่อสร้างกล้องโทรทรรศน์กำลังเสร็จสิ้นที่เขตสงวนวิทยุ Karoo ในแอฟริกาใต้ ซึ่งเป็นสถานที่ที่ได้รับการคัดเลือกเนื่องจากมีสภาพที่ดีเยี่ยมสำหรับการสังเกตการณ์ท้องฟ้าด้วยวิทยุ ห่างไกลจากการรบกวนคลื่นความถี่วิทยุที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น สัญญาณโทรทัศน์และวิทยุ FM
Professor de Villiers หัวหน้าร่วมโครงการที่ University of Stellenbosch ในแอฟริกาใต้ กล่าวว่า: “แม้ว่าเทคโนโลยีเสาอากาศที่ใช้สำหรับเครื่องมือนี้จะค่อนข้างเรียบง่าย สภาพแวดล้อมการใช้งานที่รุนแรงและห่างไกล และความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดที่จำเป็นในการผลิต ทำให้โครงการนี้เป็นโครงการที่ท้าทายมากในการทำงาน”
เขาเพิ่ม: “เรารู้สึกตื่นเต้นอย่างยิ่งที่จะได้เห็นว่าระบบจะทำงานได้ดีเพียงใดและมีความมั่นใจอย่างเต็มที่ว่าเราจะทำการตรวจจับที่เข้าใจยากนั้นได้”
การอ้างอิงวารสาร:
- E. de Lera Acedo et al.: 'เครื่องวัดรังสี REACH สำหรับตรวจจับสัญญาณไฮโดรเจนขนาด 21 ซม. จาก redshift z ≈ 7.5–28' ธรรมชาติดาราศาสตร์ (กรกฎาคม 2022). ดอย: 10.1038/s41550-022-01709-9
