Quan sát sự ra đời của những ngôi sao và thiên hà đầu tiên là mục tiêu của các nhà thiên văn học trong nhiều thập kỷ. Nó sẽ giải thích sự tiến hóa của vũ trụ.
Sản phẩm Đại học CambridgeNhóm của ông đã tạo ra một kỹ thuật cho phép họ nhìn và nghiên cứu những ngôi sao đầu tiên xuyên qua các đám mây hydro bao phủ Vũ trụ khoảng 378,000 năm sau Vụ nổ lớn. Phương pháp của họ, một phần của thí nghiệm REACH (Thí nghiệm vô tuyến để phân tích hydro vũ trụ), sẽ cải thiện chất lượng và độ tin cậy của các quan sát từ kính thiên văn vô tuyến nhìn vào thời điểm quan trọng mới này trong sự phát triển của Vũ trụ.
Tiến sĩ Eloy de Lera Acedo từ Phòng thí nghiệm Cavendish của Cambridge, tác giả chính của bài báo, cho biết, “Vào thời điểm những ngôi sao đầu tiên hình thành, Vũ trụ hầu như trống rỗng và bao gồm chủ yếu là khinh khí và khí heli. Do lực hấp dẫn, các nguyên tố cuối cùng kết hợp với nhau nhờ lực hấp dẫn và các điều kiện phù hợp cho phản ứng tổng hợp hạt nhân, hình thành nên những ngôi sao đầu tiên. Nhưng chúng được bao quanh bởi những đám mây được gọi là hydro trung tính, hấp thụ ánh sáng tốt, nên rất khó phát hiện hoặc quan sát trực tiếp ánh sáng đằng sau những đám mây.”
“Kết quả thực tế sẽ cần đến cơ sở vật lý mới để giải thích nó do nhiệt độ của khí hydro, nhiệt độ này sẽ mát hơn nhiều so với hiểu biết hiện tại của chúng ta về Vũ trụ cho phép. Ngoài ra, nhiệt độ cao hơn không giải thích được của bức xạ nền - thường được cho là nguyên nhân phổ biến Nền Vi Sóng Vũ Trụ – có thể là nguyên nhân.”
“Những tác động sẽ rất lớn nếu chúng ta có thể xác nhận rằng tín hiệu tìm thấy trong thí nghiệm trước đó là từ những ngôi sao đầu tiên.”
Các nhà thiên văn nghiên cứu đường 21 cm, dấu hiệu bức xạ điện từ từ hydro trong vũ trụ sơ khai, nghiên cứu giai đoạn này của Sự tiến hóa của vũ trụ, thường được gọi là Bình minh vũ trụ. Họ tìm kiếm tín hiệu vô tuyến so sánh bức xạ từ hydro với bức xạ đằng sau sương mù hydro.
Kỹ thuật do các nhà khoa học tạo ra sử dụng số liệu thống kê Bayes để xác định tín hiệu vũ trụ khi có sự can thiệp của kính viễn vọng và tiếng ồn chung của bầu trời, cho phép phân biệt các tín hiệu. Để làm được điều này, cần phải có các kỹ thuật và công nghệ tiên tiến từ các lĩnh vực khác nhau.
Họ đã sử dụng mô phỏng để mô phỏng một quan sát thực tế bằng cách sử dụng nhiều ăng-ten, giúp cải thiện độ tin cậy của dữ liệu – những quan sát trước đó chỉ dựa vào một ăng-ten duy nhất.
de Lera Acedo đã nói, “Phương pháp của chúng tôi cùng nhau phân tích dữ liệu từ nhiều ăng-ten và trên dải tần rộng hơn so với các thiết bị hiện tại tương đương. Cách tiếp cận này sẽ cung cấp cho chúng tôi thông tin cần thiết cho việc phân tích dữ liệu Bayesian của chúng tôi.”
“Về bản chất, chúng tôi đã quên mất các chiến lược thiết kế truyền thống và thay vào đó tập trung vào việc thiết kế một chiếc kính thiên văn phù hợp với cách chúng tôi dự định phân tích dữ liệu – giống như một thiết kế nghịch đảo. Điều này có thể giúp chúng ta đo lường mọi thứ từ Bình minh vũ trụ đến kỷ nguyên tái ion hóa khi khinh khí trong Vũ trụ đã được tái ion hóa.”
Việc xây dựng kính thiên văn hiện đang được hoàn thiện tại khu dự trữ vô tuyến Karoo ở Nam Phi, một địa điểm được chọn vì có điều kiện tuyệt vời để quan sát bầu trời bằng vô tuyến. Nó khác xa với nhiễu tần số vô tuyến do con người tạo ra, chẳng hạn như tín hiệu truyền hình và đài FM.
Giáo sư de Villiers, đồng chủ trì dự án tại Đại học Stellenbosch ở Nam Phi, cho biết: “Mặc dù công nghệ ăng-ten được sử dụng cho thiết bị này khá đơn giản, nhưng môi trường triển khai từ xa và khắc nghiệt cũng như dung sai nghiêm ngặt cần có trong quá trình sản xuất khiến đây trở thành một dự án rất khó khăn để thực hiện.”
Ông nói thêm: “Chúng tôi vô cùng vui mừng muốn biết hệ thống sẽ hoạt động tốt như thế nào và hoàn toàn tin tưởng rằng chúng tôi sẽ thực hiện được phát hiện khó nắm bắt đó.”
Tạp chí tham khảo:
- E. de Lera Acedo và cộng sự: 'Máy đo bức xạ REACH để phát hiện tín hiệu hydro 21 cm từ dịch chuyển đỏ z ≈ 7.5–28.' Thiên văn học Thiên văn (tháng 2022 năm XNUMX). DOI: 10.1038/s41550-022-01709-9
