Изобретението на CAT сканирането доведе до революция в медицинската диагностика. Когато рентгеновите лъчи дават само плосък двуизмерен изглед на човешкото тяло, CAT сканирането осигурява по-разкриващ триизмерен изглед. За да направите това, CAT сканирането взема много виртуални „резени“ по електронен път и ги сглобява в 3D картина.
Сега нова техника, наподобяваща CAT сканиране, известна като томография, е готова да революционизира изследването на младата Вселена и края на космическите „тъмни векове“. Отчитане в 11 ноември 2004 г., издание на Nature, астрофизиците J. Stuart B. Wyithe (Университета в Мелбърн) и Abraham Loeb (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) са изчислили размера на космическите структури, които ще бъдат измерени, когато астрономите ефективно направете CAT изображения, подобни на сканиране от ранната Вселена. Тези измервания ще покажат как Вселената се е развила през първите си милиарди години съществуване.
„Досега ние бяхме ограничени до един-единствен момент от детството на Вселената - космическият микровълнов фон“, казва Льоб. „Тази нова техника ще ни позволи да разгледаме цял албум, пълен с бебешки снимки на Вселената. Можем да наблюдаваме как Вселената расте и зрее. ”
Нарязване на пространството
Сърцето на техниката на томография, описана от Wyithe и Loeb, е изследването на излъчване с дължина на вълната с дължина 21 сантиметра от неутрални водородни атоми. В нашата собствена галактика това лъчение е помогнало на астрономите да картографират сферичния ореол на Млечния път. За да картографират далечната млада вселена, астрономите трябва да открият 21-сантиметрова радиация, която е изместена отново: разтеглена до по-дълги вълни (и по-ниски честоти) чрез разширяване на самото пространство.
Redshift е пряко свързан с разстоянието. Колкото по-далеч е облакът от водород от Земята, толкова повече радиацията му се измества. Следователно, като гледат на определена честота, астрономите могат да снимат „резен“ от Вселената на определено разстояние. Преминавайки през много честоти, те могат да снимат много филийки и да изградят триизмерна картина на Вселената.
„Томографията е сложен процес, което е и една от причините, поради която преди това не е правено при много големи смени“, казва Уайти. „Но това е също много обещаващо, защото това е една от малкото техники, които ще ни позволят да изучим първите милиарди години от историята на Вселената.“
Сапунен сапунен мехур
Първият милиард години е критичен, защото тогава първите звезди започват да светят и първите галактики започват да се формират в компактни клъстери. Тези звезди гореха горещо, излъчвайки огромни количества ултравиолетова светлина, която йонизираше близките водородни атоми, разцепвайки електрони от протоните и изчиствайки мъглата от неутрален газ, който изпълваше ранната Вселена.
Младите галактически клъстери скоро бяха заобиколени от мехурчета йонизиран газ, подобно на сапунени мехурчета, плаващи във вана с вода. Тъй като повече ултравиолетова светлина залива пространството, мехурчетата стават все по-големи и постепенно се сливат заедно. В крайна сметка, около милиард години след Големия взрив, цялата видима вселена е йонизирана.
За да изучат ранната Вселена, когато мехурчетата са били малки, а газът е предимно неутрален, астрономите трябва да вземат резени през пространството, сякаш нарязват блокче швейцарско сирене. Лоб казва, че точно както със сиренето, „ако нашите резени от Вселената са твърде тесни, ние ще продължим да удряме същите мехурчета. Изгледът никога няма да се промени. “
За да получат наистина полезни измервания, астрономите трябва да вземат по-големи филийки, които удрят различни мехурчета. Всеки филийка трябва да е по-широк от ширината на типичен балон. Wyithe и Loeb изчисляват, че най-големите отделни мехурчета достигат размери от около 30 милиона светлинни години в ранната Вселена (еквивалентни на повече от 200 милиона светлинни години в разширената днешна Вселена). Тези важни прогнози ще ръководят дизайна на радио инструменти за провеждане на томографски проучвания.
Астрономите скоро ще тестват прогнозите на Wyithe и Loeb, използвайки масив антени, настроени да работят при 100-200 мегагерцови честоти на червено изместен 21-сантиметров водород. Картирането на небето с тези честоти е изключително трудно поради човешка намеса (телевизия и FM радио) и въздействието на земната йоносфера върху нискочестотните радиовълни. Новата ниска цена на електрониката и компютърните технологии ще направи възможно картирането възможно преди края на десетилетието.
„Изчисленията на Стюарт и Ави са красиви, тъй като след като изградим масивите си, прогнозите ще бъдат лесни за тестване, докато направим първите си погледи от ранната вселена“, казва Смитсоновският радиоастроном Линкълн Грийнхил (CfA).
Greenhill работи за създаването на тези първи погледи чрез предложение за оборудването на много големия масив на Националната научна фондация с необходимите приемници и електроника, финансирани от Smithsonian. "С късмет ще създадем първите изображения на черупките от горещ материал около няколко от най-младите квазари във Вселената", казва Грийнхил.
Резултатите от Wyithe и Loeb също ще помогнат да се ръководи проектирането и разработването на радио-обсерватории от ново поколение, изграждани от самото начало, като европейския проект LOFAR и масив, предложен от американско-австралийско сътрудничество за изграждане в радио-тихата отдалеченост на Западна Австралия.
Оригинален източник: Harvard CfA News Release
