Tím vedcov pracujúcich s rádiovým teleskopom Murchison Widefield Array (WMA) sa snaží nájsť signál od prvých hviezd vesmíru. Tieto prvé hviezdy sa vytvorili po temnote vesmíru. Aby našli svoje prvé svetlo, vedci hľadajú signál od neutrálneho vodíka, plynu, ktorý ovládal vesmír po temnom veku.
Vytvorenie prvých hviezd chvíľu trvalo. Po Veľkom tresku bol vesmír veľmi horúci; príliš horúce na to, aby sa vytvorili atómy. Bez atómov by nemohli existovať žiadne hviezdy. Až asi 377 000 rokov po Veľkom tresku sa vesmír rozšíril a ochladil dosť na to, aby sa vytvorili atómy, väčšinou neutrálny vodík s malým héliom. (A stopy lítia.) Potom sa počas epochy reionizácie začali formovať najstaršie hviezdy.
Aby sa našiel nepolapiteľný signál z tohto neutrálneho vodíka, bola MWA prekonfigurovaná. MWA sa nachádza v odľahlej západnej Austrálii a mala 2048 rádiových antén usporiadaných do 128 „dlaždíc“, keď sa začala prevádzka v roku 2013. Aby sa lovil nepolapiteľný neutrálny vodíkový signál, počet dlaždíc sa zdvojnásobil na 256 a celé pole bolo prerobený. Všetky údaje z týchto prijímačov sa privádzajú do superpočítača nazývaného korelátor.
Nový príspevok, ktorý sa má uverejniť v Astrofyzikálnom časopise, predstavuje výsledky z prvej analýzy údajov z novo nakonfigurovaného poľa. Príspevok je nazvaný „Výsledky výkonového spektra prvej fázy MWA fázy II EoR pri Redshift 7.“ Vedúcim výskumným pracovníkom je Wenyang Li, doktorand na Brownovej univerzite.
Tento výskum bol zameraný na pochopenie sily signálu z neutrálneho vodíka. Analýza stanovila najnižšiu medznú hodnotu pre tento signál, čo je kľúčový výsledok pri hľadaní samotného slabého signálu.
"Môžeme s istotou povedať, že ak by bol neutrálny vodíkový signál silnejší ako limit, ktorý sme stanovili v novinách, potom by ho teleskop zistil," uviedol Jonathan Pober, odborný asistent fyziky na Brown University a zodpovedajúci autor na nový papier. "Tieto zistenia nám môžu pomôcť ďalej obmedziť načasovanie, kedy sa skončí kozmický temný vek a objavia sa prvé hviezdy."
Napriek tomu, čo vyzerá ako podrobný časový harmonogram udalostí v ranom vesmíre, v našom porozumení existujú značné medzery. Vieme, že po období temna sa začala epocha reionizácie. To bolo vtedy, keď tvorba atómov viedla k vzniku prvých štruktúr vo vesmíre, ako sú hviezdy, trpasličí galaxie a kvasary. Keď sa tieto objekty tvorili, ich svetlo sa šírilo vesmírom a reionizovalo neutrálny vodík. Potom neutrálny vodík zmizol z medzihviezdneho priestoru.
Vedci chcú vedieť, ako sa zmenil neutrálny vodík, keď temný vek ustúpil epoche reionizácie a rozvinula sa epocha reionizácie. Prvými hviezdami, ktoré sa vytvorili vo vesmíre, boli stavebné kamene štruktúry, ktorú dnes vidíme, a aby im porozumeli, vedci musia nájsť signál z tohto skorého neutrálneho vodíka.
Ale to nie je ľahké. Signál je slabý a jeho nájdenie vyžaduje veľmi citlivé detektory. Aj keď neutrálny vodík pôvodne vyžaroval svoje žiarenie pri vlnovej dĺžke 21 cm, signál bol roztiahnutý kvôli expanzii vesmíru. Teraz je to asi 2 metre. Tento 2-metrový signál sa teraz ľahko stratí medzi množstvom ďalších podobných signálov, či už prírodných alebo ľudských. Preto je MWA v odľahlej Austrálii, aby ho izolovala od čo najväčšieho možného šumu.
"Všetky tieto ďalšie zdroje sú o mnoho rádov silnejšie ako signál, ktorý sa snažíme zistiť," uviedol Pober. "Dokonca aj rádiofrekvenčný signál FM, ktorý sa odráža od letúna, ktorý prechádza nad ďalekohľadom, stačí na kontamináciu údajov."
Tu prichádza spracovateľský výkon superpočítača Korelátor. Má moc zahodiť kontaminujúce signály a tiež zodpovedať za povahu samotného MWA.
"Ak sa pozrieme na rôzne rádiové frekvencie alebo vlnové dĺžky, ďalekohľad sa správa trochu inak," uviedol Pober. „Korekcia odpovede ďalekohľadu je absolútne rozhodujúca pre uskutočnenie separácie astrofyzikálnych kontaminantov a signálu, ktorý nás zaujíma.“
Výsledky priniesli rekonfigurácia poľa, techniky analýzy údajov, sila superpočítača a tvrdá práca vedcov. Článok predstavuje novú hornú hranicu signálu z neutrálneho vodíka. Je to po druhýkrát, čo vedci, ktorí pracujú s MWA, vydali nový, jemnejšie vyladený limit. S pokračujúcim pokrokom vedci dúfajú, že nájdu samotný nepolapiteľný signál.
"Táto analýza dokazuje, že aktualizácia druhej fázy mala veľa požadovaných efektov a že nové analytické techniky zlepšia budúce analýzy," uviedol Pober. „Skutočnosť, že MWA teraz zverejnila dva najlepšie limity signálu, podnecuje myšlienku, že tento experiment a jeho prístup má veľa prísľubu.“
Viac:
- Tlačová správa: Vedci sú o krok bližšie ako kedykoľvek predtým, aby signalizovali kozmickým úsvitom
- Výskumný článok: Výsledky výkonovej frekvencie spektra EWA prvej fázy MWA pri Redshift 7
- Observatórium MIT Haystack: Epocha reionizácie
- Space Magazine: Eion včasnej identifikácie galaxie
