Obrazový kredit: NASA
Astronómovia, ktorí chcú študovať raný vesmír, čelia zásadnému problému. Ako pozorujete, čo existovalo počas „temných vekov“ predtým, ako sa vytvorili prvé hviezdy, aby sa rozsvietili? Teoretici našli riešenie Abraham Loeb a Matias Zaldarriaga (Harvardovo-Smithsonovské centrum pre astrofyziku). Vypočítali, že astronómovia dokážu zistiť prvé atómy v ranom vesmíre hľadaním tieňov, ktoré vrhajú.
Aby ste mohli vidieť tiene, musí pozorovateľ študovať kozmické mikrovlnné pozadie (CMB) - žiarenie, ktoré zostalo z éry rekombinácie. Keď mal vesmír okolo 370 000 rokov, dostatočne ochladil na to, aby sa elektróny a protóny zjednotili, rekombinovali sa na neutrálne atómy vodíka a umožnili relikválnemu žiareniu CMB z Veľkého tresku cestovať takmer vesmír bez prekážok za posledných 13 miliárd rokov.
V priebehu času sa niektoré z fotónov CMB stretli s zhlukmi plynného vodíka a boli absorbované. Hľadaním oblastí s menším počtom fotónov - oblasti, ktoré sú zatienené vodíkom - môžu astronómovia určiť rozdelenie hmoty vo veľmi ranom vesmíre.
"Na mikrovlnnej oblohe je vytlačených obrovské množstvo informácií, ktoré by nás mohli s vynikajúcou presnosťou naučiť o počiatočných podmienkach vesmíru," uviedol Loeb.
Inflácia a temná hmota
Aby sa absorbovali fotóny CMB, musí byť teplota vodíka (konkrétne jej excitačná teplota) nižšia ako teplota žiarenia CMB - podmienky, ktoré existovali len vtedy, keď bol vesmír medzi 20 a 100 miliónmi rokov (vek vesmíru: 13,7 miliárd rokov). Zhodou okolností je to tiež dávno pred vytvorením akýchkoľvek hviezd alebo galaxií, čím sa otvára jedinečné okno do takzvaných „temných vekov“.
Štúdium tieňov CMB tiež umožňuje astronómom pozorovať oveľa menšie štruktúry, ako to bolo predtým možné pomocou prístrojov, ako je napríklad satelit Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Tieňová technika dokáže v súčasnom vesmíre zistiť vodíkové zhluky s priemerom až 30 000 svetelných rokov alebo ekvivalentom iba 300 svetelných rokov v praveku. (Mierka sa zväčšovala s rozširovaním vesmíru.) Takéto rozlíšenie je 1000-krát lepšie ako rozlíšenie WMAP.
„Táto metóda ponúka okno do fyziky veľmi raného vesmíru, konkrétne epochu inflácie, počas ktorej sa predpokladá, že došlo k výkyvom v distribúcii hmoty. Okrem toho by sme mohli určiť, či neutrína alebo nejaký neznámy typ častice významne prispievajú k množstvu „temnej hmoty“ vo vesmíre. Tieto otázky - čo sa stalo v období inflácie a čo je temná hmota - sú kľúčové problémy v modernej kozmológii, ktorých odpovede poskytnú základné vhľady do podstaty vesmíru, “uviedol Loeb.
Observatívna výzva
Atómy vodíka absorbujú fotóny CMB pri špecifickej vlnovej dĺžke 21 centimetrov (8 palcov). Rozšírenie vesmíru napína vlnovú dĺžku vo fenoméne nazývanom redshifting (pretože dlhšia vlnová dĺžka je červenšia). Preto, aby astronómovia pozorovali absorpciu 21 cm od raného vesmíru, musia sa pozerať na dlhšie vlnové dĺžky 6 až 21 metrov (20 až 70 stôp) v rádiovej časti elektromagnetického spektra.
Pozorovanie tieňov CMB na rádiových vlnových dĺžkach bude ťažké kvôli rušeniu zdrojmi oblohy v popredí. Na zhromažďovanie presných údajov budú musieť astronómovia používať ďalšiu generáciu rádiových ďalekohľadov, ako napríklad nízkofrekvenčné pole (LOFAR) a pole štvorcových kilometrov (SKA). Hoci pozorovania budú výzvou, potenciálna návratnosť je veľká.
„Existuje tam zlatá baňa informácií, ktorá čaká na získanie. Aj keď jej úplné odhalenie môže byť experimentálne náročné, je užitočné vedieť, že existuje a že sa ho môžeme pokúsiť zmerať v blízkej budúcnosti, “uviedol Loeb.
Tento výskum bude uverejnený v nadchádzajúcom vydaní listov o fyzickom preskúmaní av súčasnosti je k dispozícii online na adrese http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
Harvardovo-Smithsonovské centrum pre astrofyziku so sídlom v Cambridge v štáte Massachusetts je spoločná spolupráca medzi Smithsonovským astrofyzikálnym observatóriom a observatóriom Harvard College. Vedci CfA, rozdelení do šiestich výskumných divízií, študujú pôvod, vývoj a konečný osud vesmíru.
Pôvodný zdroj: Harvard CfA News Release
