Invenția scanării CAT a dus la o revoluție în diagnosticul medical. În cazul în care razele X oferă o vedere bidimensională plană a corpului uman, o scanare CAT oferă o vedere tridimensională mai revelatoare. Pentru a face acest lucru, scanările CAT iau multe „felii” virtuale în format electronic și le asamblează într-o imagine 3D.
Acum, o nouă tehnică care seamănă cu scanările CAT, cunoscută sub numele de tomografie, este pregătită să revoluționeze studiul universului tânăr și sfârșitul „epocilor întunecate” cosmice. Raportând în 11 noiembrie 2004, problema Naturii, astrofizicienii J. Stuart B. Wyithe (Universitatea din Melbourne) și Abraham Loeb (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) au calculat dimensiunea structurilor cosmice care vor fi măsurate atunci când astronomii vor efectua luați imagini de scanare CAT ale universului timpuriu. Aceste măsurători vor arăta cum a evoluat universul în primii miliarde de ani de existență.
„Până acum, ne-am limitat la o singură imagine a copilăriei universului - fundalul cu microunde cosmic”, spune Loeb. „Această nouă tehnică ne va permite să vedem un album întreg plin cu fotografiile copilului din univers. Putem urmări universul să crească și să se maturizeze. ”
Slicing Space
Inima tehnicii tomografiei descrise de Wyithe și Loeb este studiul radiațiilor cu lungimea de undă de 21 de centimetri din atomii de hidrogen neutru. În propria noastră galaxie, această radiație i-a ajutat pe astronomi să mapeze halo sferic al Calea Lactee. Pentru a cartografia universul tânăr îndepărtat, astronomii trebuie să detecteze radiații de 21 cm care au fost redshift: întinse până la lungimi de undă mai lungi (și frecvențe inferioare) prin extinderea spațiului în sine.
Redshift este corelat direct cu distanța. Cu cât un nor de hidrogen este mai departe de Pământ, cu atât radiațiile sale sunt redshifted. Prin urmare, analizând o frecvență specifică, astronomii pot fotografia o „felie” a universului la o distanță specifică. Trecând prin multe frecvențe, ei pot fotografia multe felii și pot construi o imagine tridimensională a universului.
„Tomografia este un proces complicat, acesta fiind un motiv pentru care nu s-a mai făcut până acum la redshifturi foarte mari”, spune Wyithe. „Dar este foarte promițătoare, deoarece este una dintre puținele tehnici care ne vor permite să studiem primele miliarde de ani din istoria universului.”
Un univers cu bule de săpun
Primele miliarde de ani sunt critice, deoarece atunci au început să strălucească primele stele și primele galaxii au început să se formeze în grupuri compacte. Acele stele ardeau fierbinte, emițând cantități uriașe de lumină ultravioletă care ionizau atomii de hidrogen din apropiere, împărțeau electroni de protoni și ștergeau ceața de gaz neutru care umplea universul timpuriu.
Trupele de galaxii tinere au fost curând înconjurate de bule de gaz ionizat, la fel ca bulele de săpun care pluteau într-o cadă cu apă. Pe măsură ce mai multă lumină ultravioletă a inundat spațiul, bulele au devenit mai mari și s-au contopit treptat. În cele din urmă, la aproximativ un miliard de ani după Big Bang, întregul univers vizibil a fost ionizat.
Pentru a studia universul timpuriu când bulele erau mici și gazul în mare parte neutru, astronomii trebuie să ia felii prin spațiu, ca și cum ar fi tăiat un bloc de brânză suedeză. Loeb spune că la fel ca în cazul brânzei, „dacă feliile noastre de univers sunt prea înguste, vom continua să lovim aceleași bule. Vederea nu se va schimba niciodată. "
Pentru a obține măsurători cu adevărat utile, astronomii trebuie să ia felii mai mari care lovesc bule diferite. Fiecare felie trebuie să fie mai largă decât lățimea unei bule tipice. Wyithe și Loeb calculează că cele mai mari bule individuale au atins dimensiuni de aproximativ 30 de milioane de ani-lumină în universul timpuriu (echivalentul a peste 200 de milioane de ani-lumină în universul extins de astăzi). Aceste previziuni cruciale vor ghida proiectarea instrumentelor radio pentru a realiza studii tomografice.
Astronomii vor testa în curând predicțiile lui Wyithe și Loeb folosind o serie de antene reglate să funcționeze la frecvențele de 100-200 megahertz ale hidrogenului redshifted de 21 cm. Cartografierea cerului la aceste frecvențe este extrem de dificilă datorită interferențelor provocate de om (radio TV și FM) și efectelor ionosferei terestre asupra undelor radio cu frecvență joasă. Cu toate acestea, noile tehnologii electronice și computerizate cu costuri reduse vor face posibilă cartografierea extensivă înainte de sfârșitul deceniului.
„Calculele lui Stuart și Avi sunt frumoase, deoarece, odată ce ne-am construit tablourile, previziunile vor fi simple pentru a testa în timp ce vom lua primele noastre imagini ale universului timpuriu”, spune astronomul radio Smithsonian, Lincoln Greenhill (CfA).
Greenhill lucrează la crearea primelor imagini printr-o propunere de dotare a Mărcii foarte mari a Fundației Științifice Naționale cu receptoarele și electronica necesare, finanțate de Smithsonian. „Cu noroc, vom crea primele imagini cu scoici de material fierbinte în jurul câtorva dintre cei mai tineri quasari din univers”, spune Greenhill.
Rezultatele lui Wyithe și Loeb vor ajuta, de asemenea, la ghidarea proiectării și dezvoltării observatorilor radio de generație viitoare construite de la început, cum ar fi proiectul european LOFAR și un tablou propus de o colaborare american-australiană pentru construcția în fundația radio-liniștită a Australia de Vest.
Sursa originală: Comunicat de presă Harvard CfA
