O echipă de oameni de știință care lucrează cu radiotelescopul Murchison Widefield Array (WMA) încearcă să găsească semnalul primelor stele ale Universului. Primele stele s-au format după Evul Întunecat al Universului. Pentru a găsi prima lor lumină, cercetătorii caută semnalul de la hidrogenul neutru, gazul care a dominat Universul după Evul Întunecat.
Au trebuit să se formeze primele stele. După Big Bang, universul a fost extrem de fierbinte; prea cald pentru a se forma atomii. Fără atomi, nu ar putea exista stele. Universul s-a extins și s-a răcit suficient pentru ca atomii să se formeze, în cea mai mare parte hidrogen neutru, cu puțin heliu. (Și urme de litiu.) După aceea, în timpul Epocii Reionizării au început să se formeze primele stele.
Pentru a găsi semnalul evaziv din acel hidrogen neutru, MWA a fost reconfigurat. MWA se află în Australia de Vest îndepărtată și avea 2048 de antene radio dispuse în 128 de „plăci” atunci când a început să funcționeze în 2013. rearanjate. Toate datele de la acești receptori sunt introduse într-un supercomputer numit Correlator.
O nouă lucrare care va fi publicată în Astrophysical Journal prezintă rezultatele primei analize a datelor din noul tablou configurat. Lucrarea se intitulează „Rezultatele spectrului de putere EoR din primul sezon MWA din faza a II-a la Redshift 7.” Cercetătorul principal este Wenyang Li, doctorand la Universitatea Brown.
Această cercetare a avut ca scop înțelegerea puterii semnalului de la hidrogenul neutru. Analiza a stabilit cea mai mică limită încă pentru acel semnal, un rezultat cheie în căutarea semnalului slab în sine.
„Putem spune cu încredere că dacă semnalul de hidrogen neutru ar fi mai puternic decât limita pe care am stabilit-o în lucrare, atunci telescopul ar fi detectat-o”, a declarat Jonathan Pober, profesor asistent de fizică la Universitatea Brown și autorul corespunzător la hârtie nouă. „Aceste descoperiri ne pot ajuta să restricționăm în continuare momentul în care epocile cosmice întunecate s-au încheiat și au apărut primele stele.”
În ciuda a ceea ce arată o cronologie detaliată a evenimentelor din Universul timpuriu, există lacune semnificative în înțelegerea noastră. Știm că, în urma Evului Întunecat, a început Epoca Reionizării. Atunci, formarea de atomi a dus la apariția primelor structuri din Univers, cum ar fi stele, galaxii pitice și quasari. Pe măsură ce acele obiecte s-au format, lumina lor s-a răspândit prin Univers, reionizând hidrogenul neutru. După aceea, hidrogenul neutru a dispărut din spațiul interstelar.
Oamenii de știință doresc să știe cum s-a schimbat hidrogenul neutru în timp ce Evul Întunecat a dat loc Epocii Reionizării, iar Epoca Reionizării s-a derulat. Primele stele care s-au format în Univers au fost blocuri ale structurii pe care le vedem astăzi, iar pentru a le înțelege, oamenii de știință trebuie să găsească semnalul din acel hidrogen neutru timpuriu.
Dar nu este ușor. Semnalul este slab și necesită detectori extrem de sensibili. Deși hidrogenul neutru și-a emis inițial radiația la o lungime de undă de 21 cm, semnalul a fost întins datorită expansiunii Universului. Acum sunt aproximativ 2 metri. Acest semnal de 2 metri este acum pierdut cu ușurință printre o serie de alte semnale ca acesta, atât naturale cât și umane. Acesta este motivul pentru care MWA se află în Australia îndepărtată, pentru a-l izola de cât mai mult zgomot radio.
„Toate aceste alte surse sunt mai multe ordine de mărime mai puternice decât semnalul pe care încercăm să îl detectăm”, a spus Pober. „Chiar și un semnal radio FM care este reflectat dintr-un avion care trece deasupra telescopului este suficient pentru a contamina datele.”
Aici intervine puterea de procesare a supercomputerului Correlator. Are puterea de a arunca semnalele contaminante și, de asemenea, de a răspunde pentru natura MWA în sine.
„Dacă ne uităm la frecvențe radio diferite sau lungimi de undă, telescopul se comportă puțin diferit”, a spus Pober. „Corectarea răspunsului telescopului este absolut critică pentru a face apoi separarea contaminanților astrofizici și semnalul de interes.”
Reconfigurarea tabloului, tehnicile de analiză a datelor, puterea supercomputerului și munca grea a cercetătorilor au produs rezultate. Lucrarea prezintă o nouă limită superioară pentru semnalul de la hidrogenul neutru. Este a doua oară când oamenii de știință care lucrează cu MWA au lansat o nouă limită, mai bine ajustată. Cu progres continuat, oamenii de știință speră să găsească în sine semnalul evaziv.
„Această analiză demonstrează că actualizarea în faza a doua a avut multe din efectele dorite și că noile tehnici de analiză vor îmbunătăți analizele viitoare”, a spus Pober. „Faptul că MWA a publicat acum cele două cele mai bune limite ale semnalului dă un impuls ideii că acest experiment și abordarea lui au multe promisiuni.”
Mai Mult:
- Comunicat de presă: Oamenii de știință sunt mai apropiați ca niciodată pentru a semnala din zorii cosmice
- Document de cercetare: Rezultatele spectrului de putere EoR din faza a II-a MWA din primul sezon la Redshift 7
- MIT Haystack Observatory: Epoch of Reionization
- Space Magazine: Early Galaxy Pinpoints Era de reionizare
