Екип от учени, работещи с радиотелескопа Murchison Widefield Array (WMA), се опитват да намерят сигнала от първите звезди на Вселената. Онези първи звезди, образувани след тъмните векове на Вселената. За да намерят първата си светлина, изследователите търсят сигнала от неутрален водород, газът, който доминира във Вселената след тъмните векове.
Отне известно време, докато се оформиха първите звезди. След Големия взрив вселената беше изключително гореща; твърде горещо, за да се образуват атоми. Без атоми не би могло да има звезди. Едва през 377 000 години след Големия взрив Вселената се е разширила и охлаждала достатъчно за образуване на атоми, предимно неутрален водород с малко хелий. (И следи от литий.) След това започнаха да се образуват най-ранните звезди, по време на епохата на Реионизация.
За да намери неуловимия сигнал от този неутрален водород, MWA беше пренастроен. MWA е в отдалечена Западна Австралия и имаше 2048 радио антени, подредени в 128 "плочки", когато започна да работи през 2013 г. За да ловят неуловимия неутрален водороден сигнал, броят на плочките се удвои на 256 и целият масив беше пренаредени. Всички данни от тези приемници се подават в суперкомпютър, наречен корелатор.
Нов документ, който ще бъде публикуван в Astrophysical Journal, представя резултатите от първия анализ на данните от ново конфигурирания масив. Докладът е озаглавен „Първи сезон MWA фаза II EoR Power Spectrum Power Spectrum при Redshift 7.“ Водещ изследовател е Уенян Ли, докторант в Браун университет.
Това изследване беше насочено към разбиране на силата на сигнала от неутралния водород. Анализът определя най-ниската граница за този сигнал, ключов резултат в търсенето на самия сигнал.
„С увереност можем да кажем, че ако сигналът за неутрален водород беше по-силен от границата, която сме задали в документа, телескопът щеше да го засече“, казва Джонатан Побер, асистент по физика в университета Браун и съответен автор на нова хартия. „Тези открития могат да ни помогнат да ограничим още повече времето, когато космическите тъмни векове свършват и се появяват първите звезди.“
Въпреки това, което изглежда като подробен график на събитията в ранната Вселена, има значителни пропуски в нашето разбиране. Знаем, че след Тъмните векове започва епохата на реионизация. Точно тогава образуването на атоми доведе до появата на първите структури във Вселената, като звезди, джудже галактики и квазари. Докато тези обекти се образували, тяхната светлина се разпространява през Вселената, като отново йонизира неутралния водород. След това неутралният водород изчезна от междузвездното пространство.
Учените искат да знаят как се е променил неутралният водород, тъй като Тъмните векове са отстъпили на мястото на Епохата на Реионизацията и епохата на Реионизация се разгръща. Първите звезди, образуващи се във Вселената, бяха градивни елементи на структурата, която виждаме днес, и за да ги разберат, учените трябва да намерят сигнала от този ранен неутрален водород.
Но това не е лесно. Сигналът е слаб и на него са необходими изключително чувствителни детектори. Въпреки че първоначално неутралният водород излъчва излъчването си при дължина на вълната 21 см, сигналът е разтегнат поради разширяването на Вселената. Сега е на около 2 метра. Този 2-метров сигнал сега лесно се губи сред множество други сигнали като него, естествени и причинени от човека. Ето защо MWA е в отдалечена Австралия, за да го изолира от възможно най-много радио шум.
„Всички тези други източници са с много по-големи размери от сигнала, който се опитваме да открием“, каза Побер. „Дори FM радио сигнал, който се отразява от самолет, който случайно минава над телескопа, е достатъчен за замърсяване на данните.“
Тук идва мощността на обработката на суперкомпютъра Correlator. Той има силата да изхвърля замърсяващи сигнали, а също и да отчита естеството на самия MWA.
„Ако погледнем различни радиочестоти или дължини на вълната, телескопът се държи малко по-различно“, каза Побер. "Коригирането на реакцията на телескопа е абсолютно критично за извършване на разделянето на астрофизичните замърсители и сигнала за интерес."
Преконфигурирането на масива, техниките за анализ на данни, силата на суперкомпютъра и усилената работа на изследователите дадоха резултати. Документът представя нова горна граница за сигнала от неутралния водород. Това е вторият път, в който учените, работещи с MWA, пуснаха нов, по-фино настроен лимит. С постоянен напредък учените се надяват да намерят самия неуловим сигнал.
„Този анализ показва, че надграждането на втората фаза е довело до много желани ефекти и че новите техники за анализ ще подобрят бъдещите анализи“, каза Побер. „Фактът, че MWA вече е публикувал двете най-добри граници на сигнала, дава тласък на идеята, че този експеримент и неговият подход имат много обещания.“
Повече ▼:
- Прессъобщение: Учените са инч по-близо от всякога, за да сигнализират от космическата зора
- Документ за изследване: Първи сезон MWA фаза II EoR Power Spectrum Power Spectrum при Redshift 7
- MIT Haystack Observatory: Epoch of Reioniza
- Космическо списание: Ранна галактика за опознаване на епохата
