Kép jóváírása: NASA
Azok a csillagászok, akik a korai világegyetemet akarják tanulmányozni, alapvető probléma. Hogyan tudod megfigyelni, mi létezett a „sötét korokban”, mielőtt az első csillagok kialakultak, hogy világítsák meg? Abraham Loeb és Matias Zaldarriaga (Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ) teoretikusok megoldást találtak. Kiszámították, hogy a csillagászok a korai világegyetem első atomjait felismerik az általuk leadott árnyékok keresésével.
Az árnyékok megtekintéséhez egy megfigyelőnek meg kell vizsgálnia a kozmikus mikrohullámú hátteret (CMB) - a rekombináció korszakából megmaradt sugárzást. Amikor az univerzum körülbelül 370 000 éves volt, elegendően lehűlt ahhoz, hogy az elektronok és a protonok egyesüljenek, semleges hidrogénatomokká rekombinálódva, és lehetővé téve, hogy a Nagyrobbanás CMB sugárzása szinte akadálytalanul mozoghasson a kozmoszban az elmúlt 13 milliárd évben.
Az idő múlásával a CMB fotonjai némelyikén hidrogéngáz-csomók találkoztak és felszívódtak. Kevesebb fotont tartalmazó régiók - a hidrogén által árnyékolt régiók - megkeresésével az csillagászok meg tudják határozni az anyag eloszlását a nagyon korai univerzumban.
"A mikrohullámú égbolton hatalmas mennyiségű információ van lenyomva, amely kiváló pontossággal taníthat nekünk az univerzum kezdeti körülményeiről" - mondta Loeb.
Infláció és sötét anyag
A CMB fotonok abszorpciójához a hidrogén hőmérsékletének (különösen annak gerjesztési hőmérsékletének) alacsonyabbnak kell lennie, mint a CMB sugárzás hőmérséklete - olyan körülmények, amelyek csak akkor léteztek, amikor az univerzum 20 és 100 millió év közötti volt (a világegyetem kora: 13,7 milliárd év). Véletlenszerűen ez már jóval a csillagok vagy galaxisok kialakulása előtt is megnyitja az egyedi ablakot az úgynevezett „sötét korokba”.
A CMB árnyékának vizsgálata azt is lehetővé teszi, hogy az csillagászok sokkal kisebb szerkezeteket figyeljenek meg, mint amennyire korábban lehetett olyan eszközökkel használni, mint a Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szonda (WMAP) műhold. Az árnyéktechnika a jelenlegi világegyetemben akár 30 000 fényév átmérőjű hidrogéncsomókat képes kimutatni, vagyis az ősi univerzumban csak 300 fényév egyenértékűek. (A skála nagyobb lett, ahogy az univerzum kibővült.) Az ilyen felbontás ezerszer jobb tényező, mint a WMAP felbontása.
„Ez a módszer betekintést nyújt a nagyon korai világegyetem fizikájába, nevezetesen az infláció korszakába, amelynek során az anyag eloszlásának ingadozásait várják. Ezenkívül meg tudtuk határozni, hogy a neutrínók vagy valamely ismeretlen típusú részecske jelentősen hozzájárul-e a „sötét anyag” mennyiségéhez az univerzumban. Ezek a kérdések - mi történt az infláció korszakában és mi a sötét anyag - a modern kozmológia kulcsfontosságú problémái, amelyek válaszai alapvető betekintést adnak az univerzum természetére ”- mondta Loeb.
Megfigyelési kihívás
A hidrogénatomok 21 cm (8 hüvelyk) fajlagos hullámhosszon abszorbeálják a CMB fotonokat. Az univerzum tágulása meghosszabbítja a hullámhosszt egy vöröseltolódásnak nevezett jelenségben (mert a hosszabb hullámhossz vöröses). Ezért ahhoz, hogy megfigyeljék a korai világegyetemből származó 21 cm-es abszorpciót, a csillagászoknak 6–21 méter (20–70 láb) hosszabb hullámhosszokra kell nézniük az elektromágneses spektrum rádiószakaszában.
A CMB árnyékának rádióhullámhosszon történő megfigyelése nehézkes lesz az előtérben lévő éghajlati források zavarása miatt. A pontos adatok gyűjtése érdekében a csillagászoknak a következő generációs rádióteleszkópokat kell használniuk, például az alacsony frekvenciájú tömböt (LOFAR) és a négyzetkilométeres tömböt (SKA). Noha a megfigyelések kihívást jelentenek, a potenciális megtérülés nagy.
- Van egy aranybánya, amely kinyilvánításra vár. Noha a teljes észlelése kísérletileg kihívást jelenthet, érdemes tudni, hogy létezik, és megpróbálhatjuk mérni a közeljövőben ”- mondta Loeb.
Ezt a kutatást a Physical Review Letters közelgő kiadásában teszik közzé, és jelenleg elérhető a következő címen: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
A székhelyű, Cambridge-ben (Massachusetts) található Harvard-Smithsonian Astrofizikai Központ a Smithsonian Astrophysical Observatory és a Harvard College Observatory közös együttműködése. A CfA tudósok, amelyek hat kutatási részleget alkotnak, megvizsgálják az univerzum eredetét, fejlődését és végső sorsát.
Eredeti forrás: Harvard CfA sajtóközlemény
