Кредит за изображение: НАСА
Астрономите, които искат да изучават ранната Вселена, са изправени пред основен проблем. Как наблюдавате какво е съществувало през „тъмните векове“, преди да се образуват първите звезди, които да го осветят? Теоретиците Ейбрахам Льоб и Матиас Залдариага (Център за астрофизика в Харвард-Смитсониан) са намерили решение. Те изчислили, че астрономите могат да открият първите атоми в ранната Вселена, като търсят сенките, които хвърлят.
За да види сенките, наблюдател трябва да изучи космическия микровълнов фон (CMB) - радиация, останала от ерата на рекомбинацията. Когато Вселената е била на около 370 000 години, тя се е охлаждала достатъчно, за да се обединят електрони и протони, като се рекомбинира в неутрални водородни атоми и позволява на реликтовата CMB радиация от Големия взрив да пътува почти безпрепятствено из Космоса през последните 13 милиарда години.
С течение на времето някои от CMB фотоните се натъкнаха на струпвания на водороден газ и бяха абсорбирани. Търсейки региони с по-малко фотони - региони, които са засенчени от водород - астрономите могат да определят разпределението на материята в много ранната Вселена.
"Има огромно количество информация, отпечатана върху микровълновото небе, която би могла да ни научи за първоначалните условия на Вселената с изящна точност", каза Льоб.
Инфлация и тъмна материя
За да абсорбира CMB фотоните, температурата на водорода (по-специално неговата температура на възбуждане) трябва да е по-ниска от температурата на радиацията на CMB - условия, съществували само когато Вселената е била между 20 и 100 милиона години (възраст на Вселената: 13,7 милиарда години). Случайно това е много преди образуването на всякакви звезди или галактики, отваряйки уникален прозорец в така наречените „тъмни векове“.
Изучаването на CMB сенки също позволява на астрономите да наблюдават много по-малки структури, отколкото беше възможно по-рано, използвайки инструменти като спътника Winskin Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Техниката на сянка може да открие водородни струпвания на разстояние до 30 000 светлинни години в днешната Вселена или еквивалент на само 300 светлинни години в първичната Вселена. (Мащабът става по-голям с разширяването на Вселената.) Такава резолюция е фактор 1000 пъти по-добра от резолюцията на WMAP.
„Този метод предлага прозорец към физиката на най-ранната вселена, а именно епохата на инфлацията, по време на която се смята, че са възникнали колебания в разпределението на материята. Освен това бихме могли да определим дали неутрино или някакъв неизвестен тип частици допринасят съществено за количеството на „тъмната материя“ във Вселената. Тези въпроси - какво се е случило през епохата на инфлацията и какво е тъмна материя - са ключови проблеми в съвременната космология, чиито отговори ще дадат фундаментален поглед върху природата на Вселената “, каза Льоб.
Наблюдателно предизвикателство
Водородните атоми абсорбират CMB фотони при специфична дължина на вълната от 21 сантиметра (8 инча). Разширяването на Вселената разтяга дължината на вълната при явление, наречено червено изместване (защото по-дългата дължина на вълната е по-червена). Следователно, за да наблюдават 21-сантиметровото поглъщане от ранната Вселена, астрономите трябва да гледат по-дълги вълни от 6 до 21 метра (20 до 70 фута), в радио частта на електромагнитния спектър.
Наблюдаването на CMB сенки при радиовълни ще бъде трудно поради смущения от източници на предно небе. За да съберат точни данни, астрономите ще трябва да използват радиотелескопи от следващото поколение, като нискочестотен масив (LOFAR) и квадратен километров масив (SKA). Въпреки че наблюденията ще бъдат предизвикателство, потенциалното изплащане е голямо.
„Има златна мина от информация, която чака да бъде извлечена. Въпреки че пълното му откриване може да бъде експериментално предизвикателно, е полезно да знаем, че съществува и че можем да се опитаме да го измерим в близко бъдеще “, каза Льоб.
Това изследване ще бъде публикувано в предстоящ брой на Physical Review Letters и в момента е достъпно онлайн на адрес http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
Със седалище в Кеймбридж, Масачузетс, Центърът за астрофизика в Харвард-Смитсън е съвместно сътрудничество между Смитсоновската астрофизична обсерватория и обсерваторията на Харвардския колеж. Учените от CfA, организирани в шест изследователски отдела, изучават произхода, еволюцията и крайната съдба на Вселената.
Оригинален източник: Harvard CfA News Release
