A CAT vizsgálat feltalálása az orvosi diagnosztika forradalmához vezetett. Ahol a röntgenfelület csak lapos, kétdimenziós képet nyújt az emberi testről, a CAT-vizsgálat sokkal felfedőbb háromdimenziós képet nyújt. Ehhez a CAT szkennelés sok virtuális „szeletet” elektronikusan elkészít és 3D képké alakítja.
Most egy új, a tomográfia néven ismert, a CAT-szkennelésre emlékeztető technika kész arra, hogy forradalmasítsa a fiatal világegyetem tanulmányozását és a kozmikus „sötét korok” végét. A természettudományi orvosok, J. Stuart B. Wyithe (Melbourne-i Egyetem) és Abraham Loeb (a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ) 2004. november 11-i számának beszámolója kiszámította a kozmikus struktúrák méretét, amelyet mérni kell, amikor az csillagászok hatékonyan készítsen CAT szkenneléshez hasonló képeket a korai világegyetemről. Ezek a mérések megmutatják, hogy az univerzum hogyan fejlődött a létezés első milliárd éve alatt.
"Eddig egy pillanatfelvételre korlátoztuk az univerzum gyermekkorát - a kozmikus mikrohullámú hátteret" - mondja Loeb. „Ez az új technika lehetővé teszi egy egész album megtekintését, amely tele van az univerzum kisbabájának fotóival. Megnézhetjük, hogy az univerzum felnőtt és érett lesz.
Szelet szeletelés
A Wyithe és Loeb által leírt tomográfia technikájának lényege a semleges hidrogénatomok 21 centiméteres hullámhosszúságának vizsgálata. Saját galaxisunkban ez a sugárzás segített a csillagászoknak a Tejút gömb alakú halogének feltérképezésében. A távoli fiatal világegyetem feltérképezéséhez a csillagászoknak 21 cm-es sugárzást kell észlelniük, amelyet vöröseltolódtak: hosszabb hullámhosszra (és alacsonyabb frekvenciákra) nyújtva, maga a tér kiterjesztése által.
A vöröseltolódás közvetlenül korrelál a távolsággal. Minél távolabb van a hidrogén felhő a Földtől, annál inkább a sugárzása váltódik fel. Ezért, egy adott frekvencia megnézésével, a csillagászok egy adott távolságon belül fényképezhetnek egy világegyetem egy szeletét. Sok frekvencián átlépve sok szeletet fényképezhetnek és felépíthetnek egy háromdimenziós képet az univerzumról.
"A tomográfia egy bonyolult folyamat, ezért az egyik oka annak, hogy korábban még nem végezték el nagyon magas vöröseltolódásokkal" - mondja Wyithe. "De ez is nagyon ígéretes, mert egyike azon kevés technikáknak, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy tanulmányozzuk az univerzum története első milliárd évét."
Egy szappanbuborék-univerzum
Az első milliárd év kritikus, mert akkor kezdték el az első csillagok ragyogni, és az első galaxisok kompakt klaszterekben kezdtek kialakulni. Ezek a csillagok hevesen égtek, óriási mennyiségű ultraibolya fényt bocsátva ki, amely ionizálta a közeli hidrogénatomokat, elbontotta az elektronokat a protonoktól, és tisztította meg a korai univerzumot betöltő semleges gázok ködjét.
A fiatal galaxiscsoportokat hamarosan ionizált gázbuborékok vették körül, hasonlóan a vízkádban lebegő szappanbuborékokhoz. Ahogy egyre több ultraibolya fény elárasztotta a teret, a buborékok nagyobbá váltak és fokozatosan összeolvadtak. Végül, körülbelül egy milliárd évvel a nagy robbanás után, a teljes látható világegyetem ionizálódott.
A korai világegyetem tanulmányozására, amikor a buborékok kicsik voltak és a gáz többnyire semleges volt, a csillagászoknak szeleteket kell átvenniük az űrben, mintha egy svájci sajttömböt szeletelnének. Loeb azt mondja, hogy ugyanúgy, mint a sajt esetében, „ha a világegyetem szelete túl keskeny, akkor ugyanazokat a buborékokat csapjuk fel. A nézet soha nem változik. ”
Az igazán hasznos mérések eléréséhez a csillagászoknak nagyobb szeleteket kell készíteniük, amelyek különböző buborékokat ütnek fel. Minden szeletnek szélesebbnek kell lennie, mint egy tipikus buborék szélességén. Wyithe és Loeb szerint a legnagyobb egyedi buborékok körülbelül 30 millió fényév méretűek voltak a korai világegyetemben (ami a mai kibővített univerzumban több mint 200 millió fényévnek felel meg). Ezek a kritikus előrejelzések vezetik a rádióberendezések tervezését a tomográfiai vizsgálatok elvégzéséhez.
A csillagászok hamarosan tesztelik Wyithe és Loeb előrejelzéseit olyan antennák segítségével, amelyek úgy vannak beállítva, hogy a vöröselt váltott 21 cm-es hidrogén 100-200 megahertz frekvenciáján működjenek. Az égbolt ezen frekvenciákon való feltérképezése rendkívül nehéz az ember által okozott interferencia (TV és FM rádió), valamint a föld ionoszféra alacsony frekvenciájú rádióhullámokra gyakorolt hatása miatt. Az új, olcsó elektronika és a számítógépes technológiák azonban az évtized vége előtt kiterjedt térképezést tesznek lehetővé.
"Stuart és Avi számításai gyönyörűek, mert miután elkészítettük a tömböket, az előrejelzéseket egyértelműen tesztelni kell, amikor a korai világegyetem első pillantásait vesszük" - mondja Smithsonian rádiócsillagász Lincoln Greenhill (CfA).
Greenhill azon dolgozik, hogy megteremtse ezeket az első pillantásokat egy javaslat révén, amellyel a Nemzeti Tudományos Alapítvány Nagyon nagy tömbjét felveszi a szükséges vevőkészülékekkel és elektronikával, amelyet a Smithsonian finanszíroz. "Szerencsével elkészítjük az első képeket a forró anyagból, a világ legfiatalabb kvazarjai körül" - mondja Greenhill.
Wyithe és Loeb eredményei segítenek majd irányítani az új generációs rádió-megfigyelő intézetek tervezését és fejlesztését is, például az európai LOFAR projektet és az USA és ausztrál együttműködés által javasolt tömböt az Egyesült Államok rádió-csendes kimenetelének építésére. Nyugat-Ausztrália.
Eredeti forrás: Harvard CfA sajtóközlemény
