Murchison Widefield Array (WMA) -radioskoopin kanssa työskentelevä tutkijaryhmä yrittää löytää signaalin maailmankaikkeuden ensimmäisistä tähdet. Ne ensimmäiset tähdet muodostuivat maailmankaikkeuden pimeiden aikojen jälkeen. Ensimmäisen valon löytämiseksi tutkijat etsivät signaalia neutraalilta vedyltä, kaasulta, joka hallitsi maailmankaikkeutta pimeiden aikojen jälkeen.
Ensimmäisten tähtien muodostuminen kesti hetken. Ison räjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus oli erittäin kuuma; liian kuuma atomien muodostumiseen. Ilman atomeja ei voisi olla tähtiä. Vasta noin 377 000 vuotta suuren räjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus oli laajentunut ja jäähtynyt tarpeeksi atomien muodostamiseksi, enimmäkseen neutraaliksi vedyksi, jolla oli vähän heliumia. (Ja litiumin jälkiä.) Sen jälkeen varhaisimmat tähdet alkoivat muodostua, uudelleenjaon aikana.
Epävakaan signaalin löytämiseksi tuosta neutraalista vedystä MWA konfiguroitiin uudelleen. MWA on syrjäisessä Länsi-Australiassa, ja sillä oli 2048 radioantennia, jotka oli järjestetty 128 ”laattaan”, kun se aloitti toimintansa vuonna 2013. Vaikeasti saavutettavan neutraalin vety-signaalin metsästämiseksi laattojen määrä kaksinkertaistui 256: een, ja koko joukko oli järjestetty uudelleen. Kaikki näiden vastaanottimien tiedot syötetään korrelaattoriksi kutsuttuun supertietokoneeseen.
Uusi Astrophysical Journal -lehdessä julkaistava paperi esittelee vasta konfiguroidun taulukon ensimmäisen analyysin tulokset. Artikkelin otsikko on ”Ensimmäisen kauden MWA: n vaiheen II EoR-energiaspektritulokset Redshift 7: ssä”. Johtava tutkija on Wenyang Li, tohtoriopiskelija Brownin yliopistossa.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli ymmärtää neutraalista vedystä tulevan signaalin voimakkuus. Analyysi asetti sille signaalille vielä alimman rajan, avaintulos itse heikko-signaalin etsinnässä.
"Voimme sanoa varmasti, että jos neutraalin vedyn signaali olisi voimakkaampi kuin lehdessä asettamamme raja, niin kaukoputki olisi havainnut sen", kertoi Brownin yliopiston fysiikan apulaisprofessori ja vastaava kirjailija Jonathan Pober. uusi paperi. "Nämä havainnot voivat auttaa meitä edelleen rajoittamaan ajoitusta, jolloin kosminen pimeä aikakausi päättyi ja ensimmäiset tähdet syntyivät."
Huolimatta siitä, mikä näyttää varhaisen maailmankaikkeuden tapahtumien yksityiskohtaiselta aikajanalta, ymmärryksessämme on merkittäviä aukkoja. Tiedämme, että pimeiden aikojen jälkeen alkoi uudelleenistumisen aikakausi. Silloin atomien muodostuminen johti maailman ensimmäisten rakenteiden, kuten tähdet, kääpiögalaksit ja kvaasarit, esiintymiseen. Kun nämä esineet muodostuivat, niiden valo levisi maailmankaikkeuden läpi, ionisoimalla neutraalin vedyn. Sen jälkeen neutraali vety katosi tähtienvälisestä avaruudesta.
Tutkijat haluavat tietää, kuinka neutraali vety muuttui, kun pimeät aikakaudet antoivat tietä uudelleenionisoitumisen aikakaudelle ja uusintakauden alkamiseen. Ensimmäiset tähdet, jotka muodostuivat maailmankaikkeudessa, olivat rakennuspalikoita rakenteesta, jonka näemme tänään, ja niiden ymmärtämiseksi tutkijoiden on löydettävä signaali tuosta varhaisesta neutraalista vedystä.
Mutta se ei ole helppoa. Signaali on heikko, ja sen löytäminen vie erittäin herkät ilmaisimet. Vaikka neutraali vety lähetti alun perin säteilynsä 21 cm: n aallonpituudella, signaali on venytetty maailmankaikkeuden laajenemisen vuoksi. Se on nyt noin 2 metriä. Tämä 2 metrin signaali katoaa nyt helposti joukosta muita samankaltaisia signaaleja, sekä luonnollisia että ihmisen aiheuttamia. Siksi MWA on kaukana Australiassa, jotta se voidaan eristää mahdollisimman paljon radion kohinasta.
"Kaikki nämä muut lähteet ovat monen suuruusluokkaa vahvempia kuin signaali, jota yritämme havaita", Pober sanoi. "Jopa FM: n radiosignaali, joka heijastuu lentokoneesta, joka sattuu kulkemaan kaukoputken yläpuolella, riittää saastuttamaan tiedot."
Tässä tulee Correlator-supertietokoneen prosessointiteho. Sillä on valta hävittää saastuttavat signaalit ja ottaa huomioon myös itse MWA: n luonne.
"Jos tarkastelemme erilaisia radiotaajuuksia tai aallonpituuksia, kaukoputki käyttäytyy hieman eri tavalla", Pober sanoi. "Teleskooppivasteen korjaaminen on ehdottoman kriittistä astrofysikaalisten epäpuhtauksien ja mielenkiinnon kohteena olevan signaalin erottamiselle."
Matriisin uudelleenmääritys, tietojen analysointitekniikat, supertietokoneen teho ja tutkijoiden kova työ tuotti tuloksia. Paperi esittelee uuden neutraalin vedyn signaalin ylärajan. Tämä on toinen kerta, kun MWA: n kanssa työskentelevät tutkijat ovat julkaissut uuden, hienosäädetyn rajan. Jatkuvan edistyksen kanssa tutkijat toivovat löytävänsä vaikean signaalin itse.
"Tämä analyysi osoittaa, että toisen vaiheen päivityksellä oli paljon toivottuja vaikutuksia ja että uudet analyysitekniikat parantavat tulevia analyysejä", Pober sanoi. "Se, että MWA on nyt julkaissut signaalin kaksi parasta rajoitusta, antaa vauhtia ajatukselle, että tällä kokeilulla ja sen lähestymistavalla on paljon lupaavia."
Lisää:
- Lehdistötiedote: Tutkijat asettuvat lähempänä kuin koskaan aikaisemmin signaalin saamiseksi kosmisesta auringonnoususta
- Tutkimuspaperi: Ensimmäisen kauden MWA-vaiheen II EoR-energiaspektritulokset Redshift 7: llä
- MIT Haystack Observatory: Uudelleensuuntauksen aikakausi
- Space Magazine: Varhaisten galaksien pisteiden uudelleenionisointiajakausi
