Badanie pierwszych gwiazd przez mgły wczesnego wszechświata

Obserwacja narodzin pierwszych gwiazd i galaktyk była celem astronomów od dziesięcioleci. Wyjaśni ewolucję wszechświata.

The Uniwersytet CambridgeZespół stworzył technologię, która umożliwia im obserwowanie i badanie pierwszych gwiazd poprzez obłoki wodorowe, które pokryły wszechświat około 378 000 lat po Wielkim Wybuchu. Ich metodologia, będąca częścią eksperymentu REACH (Radio Experiment for Analyzing Cosmic Hydrogen), poprawi jakość i wiarygodność obserwacji z radioteleskopów w tym nowym kluczowym czasie w ewolucji wszechświata.

Dr Eloy de Lira Acedo z Cavendish Laboratory w Cambridge, główny autor artykułu, powiedział: „Zanim powstały pierwsze gwiazdy, wszechświat był w większości pusty i składał się głównie z wodór i hel. Z powodu grawitacji pierwiastki ostatecznie połączyły się dzięki grawitacji, a warunki były odpowiednie do fuzji jądrowej, która utworzyła pierwsze gwiazdy. Ale było otoczone chmurami tak zwanego neutralnego wodoru, które dobrze absorbują światło, więc trudno jest wykryć lub zauważyć światło bezpośrednio za chmurami.

„Rzeczywisty wynik wymaga wyjaśnienia nowej fizyki ze względu na temperaturę gazowego wodoru, który musi być znacznie niższy niż pozwala na to nasze obecne rozumienie wszechświata. Zamiast tego niewyjaśniona wyższa temperatura promieniowania tła – zwykle uważana za dobrze znaną”. kosmiczne mikrofalowe tło – To może być powód.

„Implikacje byłyby ogromne, gdybyśmy mogli potwierdzić, że sygnał znaleziony w poprzednim eksperymencie pochodził z pierwszych gwiazd”.

Astronomowie patrzą na 21-centymetrową linię, sygnał promieniowania elektromagnetycznego z wodoru na Pacyfiku wczesny wszechświataby wyszukać w tym miejscu ewolucja wszechświataktóry jest często określany jako kosmiczny świt. Szukają sygnału radiowego, który porównuje promieniowanie wodoru z promieniowaniem za mgłą wodorową.

Technologia stworzona przez naukowców wykorzystuje statystyki Bayesa do określenia sygnału kosmicznego w obecności zakłóceń teleskopu i ogólnego szumu nieba, umożliwiając rozróżnienie sygnałów. Potrzebne były do ​​tego najnowsze technologie i techniki z różnych dziedzin.

Wykorzystali symulacje, aby naśladować rzeczywistą obserwację przy użyciu wielu anten, co poprawia wiarygodność danych – poprzednie obserwacje opierały się na jednej antenie.

De Lira Asido powiedział: Nasza metoda wspólnie analizuje dane z wielu anten i w szerszym zakresie częstotliwości niż równoważne obecne urządzenia. Takie podejście dostarczy nam informacji potrzebnych do analizy danych bayesowskich”.

„W istocie zapomnieliśmy o tradycyjnych strategiach projektowania i zamiast tego skupiliśmy się na zaprojektowaniu teleskopu, który jest odpowiedni do sposobu, w jaki planujemy analizować dane – coś w rodzaju projektu odwróconego. Może to pomóc nam mierzyć rzeczy od kosmicznego świtu do ery rejonizacja, kiedy wodór w Wszechświat Został ponownie zjonizowany”.

Budowa teleskopu jest obecnie na ukończeniu w Karoo Radio Reserve w RPA, miejscu wybranym ze względu na doskonałe warunki do prowadzenia radiowych obserwacji nieba. Daleka jest od zakłóceń częstotliwości radiowych powodowanych przez człowieka, takich jak sygnały radiowe i telewizyjne FM.

Profesor de Villiers, współprzewodniczący projektu na Uniwersytecie Stellenbosch w RPA, powiedział: „Chociaż technologia antenowa zastosowana w tym narzędziu jest dość prosta, trudne i zdalne środowisko wdrażania oraz rygorystyczne tolerancje wymagane w produkcji sprawiają, że praca nad tym projektem jest niezwykle wymagająca”.

on dodał: „Jesteśmy bardzo podekscytowani, widząc, jak dobrze system będzie działał i mamy całkowitą pewność, że dokonamy tego nieuchwytnego odkrycia”.

Numer czasopisma:

1. E. de Lera Acedo i wsp.: „Radiometr REACH do detekcji sygnału wodoru o średnicy 21 cm z przesunięciem ku czerwieni z 7,5–28.” astronomia naturalna (lipiec 2022). DOI: 10.1038 / s41550-022-01709-9