A Murchison Widefield Array (WMA) rádióteleszkóppal dolgozó tudósok egy csoportja próbálja megkeresni a jeleket a világegyetem első csillagaitól. Azok az első csillagok, amelyek az univerzum sötét korjai után alakultak ki. Az első fény megtalálása érdekében a kutatók a semleges hidrogén jeleit keresik, amely a sötét korok után az Univerzumban uralkodó gáz.
Az első csillagok kialakulása eltartott egy ideig. A nagy robbanás után az univerzum rendkívül forró volt; túl forró az atomok kialakulásához. Atomok nélkül nem lehetnek csillagok. Csak a nagy robbanás után 377 000 évvel az Univerzum eléggé kibővült és lehűlt ahhoz, hogy atomok képezzék, többnyire semleges hidrogént, kis héliummal. (És a lítium nyomai.) Ezt követően a legkorábbi csillagok kezdtek kialakulni, a Reionizáció korszakában.
A semleges hidrogénből a megfoghatatlan jel megtalálásához az MWA-t újrakonfigurálták. Az MWA a távoli Nyugat-Ausztráliában található, és 2048 rádióantennája 128 „csempére” lett elrendezve, amikor 2013-ban megkezdte működését. A megfoghatatlan semleges hidrogénjelet keresni kétszer megkétszereződött a csempe száma 256-ra, és a teljes tömb átrendeződött. Az ezekből a vevőkből származó összes adatot egy szuperszámítógépbe továbbítják, amelyet Korrelátornak hívnak.
Az Astrophysical Journalban megjelent új cikk bemutatja az újonnan konfigurált tömb első elemzésének eredményeit. A cikk címe: „Az első évad MWA II. Fázisú EoR teljesítmény spektrumának eredményei a Redshift 7-en.” A vezető kutató Wenyang Li, a Brown Egyetem doktorandusa.
A kutatás célja a semleges hidrogénből származó jel erősségének megértése. Az elemzés beállította a jel legalacsonyabb határértékét, amely kulcsfontosságú eredmény a magának a halvány jel keresésében.
"Bizalommal mondhatjuk, hogy ha a semleges hidrogénjelek valamivel erősebbek lennének, mint a papírban meghatározott határ, akkor a távcső észlelte volna azt" - mondta Jonathan Pober, a Brown Egyetem fizikai adjunktusának és a megfelelő szerzőnek a új lap. "Ezek a megállapítások tovább korlátozhatják az időzítés időpontját, amikor a kozmikus sötét korok véget értek és az első csillagok megjelentek."
Annak ellenére, hogy hogyan néz ki a korai világegyetem eseményének részletes ütemterve, megértésünkben jelentős hiányosságok vannak. Tudjuk, hogy a sötét korszak után megkezdődött a megújulás korszaka. Ekkor az atomok képződése az első olyan struktúrák megjelenéséhez vezetett az univerzumban, mint a csillagok, a törpe galaxisok és a kvazárok. Ahogy ezek a tárgyak kialakultak, fényük átterjedt az Univerzumon, és újra ionizálja a semleges hidrogént. Ezután a semleges hidrogén eltűnt a csillagközi térről.
A tudósok meg akarják tudni, hogy a semleges hidrogén hogyan változott, amikor a Sötét Korok átadtak helyet az újjászületés és az újjászületés korszakának. Az első csillagok, amelyek az univerzumban képződtek, a szerkezet építőkövei, amelyeket ma látunk, és ezek megértése érdekében a tudósoknak meg kell találniuk a korai semleges hidrogén jelét.
De ez nem könnyű. A jel gyenge, és rendkívül érzékeny detektorokig kell megtalálni. Bár a semleges hidrogén kezdetben 21 cm hullámhosszon bocsátotta ki a sugárzását, a jelet az univerzum tágulása miatt megfeszítették. Most körülbelül 2 méter. Ez a 2 méteres jel könnyen elveszik számos hasonló jelzés között, akár természetes, akár emberi okozta. Ezért van az MWA távoli Ausztráliában, hogy elszigetelje a lehető legtöbb rádiózajtól.
"Ezek a többi forrás sok nagyságrenddel erősebb, mint a jel, amelyet megpróbálunk érzékelni" - mondta Pober. "Még az FM rádiójeleknek, amelyek visszaverődnek a repülőgépről, és amelyek a távcső fölött haladnak, elegendőek az adatok szennyezéséhez."
Itt jön be a Correlator szuperszámítógép feldolgozási teljesítménye. Hatalma van a szennyező jelek elvetésére, és magának az MWA-nak a természetére is.
"Ha különböző rádiófrekvenciákat vagy hullámhosszokat nézzünk, akkor a távcső kissé eltérően viselkedik" - mondta Pober. "A távcső válaszának korrekciója feltétlenül szükséges az asztrofizikai szennyező anyagok és az érdeklődés elválasztásának elvégzéséhez."
A tömb újrakonfigurálása, az adatelemzési technikák, a szuperszámítógép teljesítménye és a kutatók kemény munkája eredményeket hozott. A cikk egy új felső határértéket mutat be a semleges hidrogénből származó jelre. Ez a második alkalom, amikor az MWA-val dolgozó tudósok új, finomabb hangolású határértéket engedtek fel. A folyamatos fejlődés mellett a tudósok remélik, hogy maga is megtalálja a megfoghatatlan jelet.
"Ez az elemzés azt mutatja, hogy a második fázis frissítésének sok a kívánt hatása volt, és hogy az új elemzési technikák javítják a jövőbeli elemzéseket" - mondta Pober. "Az a tény, hogy az MWA most már közzétette a jel két legjobb korlátját, lendületet ad annak a gondolatnak, hogy ez a kísérlet és megközelítése sokat ígér."
Több:
- Sajtóközlemény: A tudósok közelebb helyezkednek el, mint valaha, hogy jelezzék a kozmikus hajnalról
- Kutatási cikk: Az első évad MWA II. Fázisú EoR teljesítmény spektrumának eredményei a Redshift 7-en
- MIT Haystack Observatory: A reionizáció korszaka
- Space Magazine: A korai galaxispontok reionizációs kora
