Rég régen, millió évvel azelőtt, hogy az első csillag életre keltett, az egész világegyetem sötétség tengere volt.
Körülbelül 400 000 évvel a nagy robbanás után és százmillió évig tartva, az univerzum úgynevezett sötét kora utoljára jelezte, amikor az üres hely valóban üres volt; nincs bolygó, nincs nap, nincs galaxis, nincs élet - csak a hidrogénatomok ködje, amelyet a Nagyrobbanás kovácsolt, és a sötétségbe engedte, hogy lecsúszjon.
Manapság a világ minden tájáról távcsövek próbálnak megpillantani az ősi hidrogént (néven semleges hidrogént) annak érdekében, hogy pontosan meghatározzuk azt a pillanatot, amikor a sötét korok végül véget értek és az első galaxisok kialakultak. Noha ezek az ősi atomok továbbra sem találhatók meg, az ausztrál háborúban dolgozó kutatók egy csoportja közelebb állhatott hozzájuk, mint valaha.
Az arXiv előzetes adatbázisba közzétett és az Astrophysical Journalban hamarosan megjelenő új tanulmány szerint a csillagászok a Murchison Widefield Array (MWA) rádióteleszkóp segítségével mélyrejutottak a kozmikus múltba, hogy megkeressék a semleges hidrogén aláírás hullámhosszát. Nem találták meg azt, amit kerestek - azonban a távcső nemrégiben frissített sorozatának új beállításainak felhasználásával a csapat meghatározta a neutrális hidrogén jelerősségének legalacsonyabb korlátját.
"Bizalommal mondhatjuk, hogy ha a semleges hidrogénjelek erősebbek lennének, mint a papírban meghatározott határ, akkor a távcső észlelte volna azt" - mondta Jonathan Pober, a tanulmány társszerzője, a Brown-i Egyetem fizikai adjunktusa. Rhode Island. Ez azt jelenti, hogy ezen ősi molekulák vadászata továbbra is folytatódik, és most a kutatók tudják, hogy a semleges hidrogén lábnyoma még a vártnál is halványabb.
Az első atomok
A korai világegyetemen átfolyó energia annyira erős volt, hogy minden atom elektronjai eltűntek, pozitív töltést adva nekik. Ezen atomok közül az első a pozitív töltésű hidrogénion volt. Több százezer év alatt az univerzum eléggé lehűlt és kibővült ahhoz, hogy ezek a hidrogénionok visszanyerjék elektronjukat, és ismét semlegessé váljanak. Úgy gondolják, hogy ezek a semleges hidrogénatomok a kozmikus sötét korok domináns jellemzői. (Végül, amikor elegendő közülük összerakódott az első csillagok kialakításához, az atomokat ismét ionizálják a csillagok által sugárzott energia.)
A tudósok tudják, hogy a semleges hidrogén 21 centiméteres hullámhosszon sugárzást bocsát ki - azonban mivel az univerzum az elmúlt 12 milliárd évben kibővült, ezek a hullámhosszok is kinyújtottak. Az új tanulmány szerzői úgy becsülik, hogy a semleges hidrogén hullámhossza körülbelül 2 méterre húzódik - és ez az a jel, amelyet az égbolton kerestek az MWA használatához.
A baj az, hogy számos forrás van (mind ember által létrehozott, mind égi), amelyek ugyanazon a hullámhosszon sugároznak.
"Ezek a többi forrás sok nagyságrenddel erősebbek, mint a jel, amelyet megpróbálunk észlelni" - mondta Pober. "Még az FM rádiójeleknek, amelyek visszaverődnek a repülőgépről, és amelyek a távcső fölött haladnak, elegendőek az adatok szennyezéséhez."
Tehát Pober és kollégái egyenletkészletet írtak, hogy megfigyeléseik során azonosítsák és eltávolítsák ezeket a szennyező anyagokat. Miután több mint 1200 rádióhullámú pillanatfelvételt készített az égből, a kutatók megállapították, hogy minden észlelt 2 méteres sugárzás nyoma másutt nem a semleges hidrogénből származik, amelyet kerestek.
Miközben az atomi jel nem fedezhető fel, az új kutatásnak sikerült szűkítenie azt, hogy a jövőben hogyan kell kinéznie a semleges hidrogén kutatására. A kutatók szerint ezek az eredmények alátámasztják, hogy az MWA-kísérletek vezetik ezt a vadászatot a helyes úton. További kutatásokkal a kozmikus sötét korok utolsó emlékei hamarosan felvilágosíthatók.
