Kauan sitten, miljoonia vuosia ennen kuin ensimmäinen tähti heräsi elämään, koko maailmankaikkeus oli pimeyden meri.
Tämä ns. Maailmankaikkeuden pimeä aikakausi alkoi noin 400 000 vuotta Ison räjähdyksen jälkeen ja kesti satoja miljoonia vuosia viimeisen kerran, kun tyhjä tila todella oli tyhjä; ei planeettoja, ei aurinkoa, ei galakseja, ei elämää - vain vedyn atomien sumu, jonka Big Bang on tajuttanut ja jättänyt livahtamaan pimeyden läpi.
Nykyään kaukoputket ympäri maailmaa yrittävät saada välähdyksen tuosta primaalisesta vedystä (tunnetaan nimellä neutraali vety) tarkentaakseen hetkeä, jolloin pimeät aikakaudet lopulta päättyivät ja ensimmäiset galaksit muodostuivat. Vaikka nämä muinaiset atomit ovat edelleen vaikeita, ryhmä tutkijoita Australian takaosassa on saattanut tulla lähemmäksi etsimään niitä kuin koskaan ennen.
Uuden tutkimuksen mukaan, joka julkaistiin arXiv-esitulostustietokannassa ja joka ilmestyi pian Astrophysical Journal -lehdessä, tähtitieteilijät käyttivät Murchison Widefield Array (MWA) -radioskooppia tutkiakseen syvyyttä kosmiseen menneisyyteen etsiessään neutraalin vedyn allekirjoitusaallonpituutta. He eivät löytäneet etsimäänsä - ryhmä kuitenkin määritti teleskoopin äskettäin päivitetyn ryhmän uusia asetuksia käyttämällä neutraalin vedyn signaalin voimakkuutta.
"Voimme sanoa varmasti, että jos neutraalin vedyn signaali olisi voimakkaampi kuin paperissa asettamamme raja, niin kaukoputki olisi havainnut sen", sanoi tutkimuksen avustaja Jonathan Pober, fysiikan apulaisprofessori Brownin yliopistossa Rhode Island. Tämä tarkoittaa, että näiden muinaisten molekyylien metsästys on edelleen käynnissä, ja nyt tutkijat tietävät, että neutraalin vedyn jalanjäljet ovat jopa odotettua heikompia.
Ensimmäiset atomit
Varhaisen maailmankaikkeuden läpi kulkeva energia oli niin voimakasta, että jokaisella atomilla elektronit revittiin pois, mikä antoi heille positiivisen varauksen. Ensimmäinen näistä atomeista oli positiivisesti varautunut vetyioni. Satojen tuhansien vuosien aikana maailmankaikkeus jäähtyi ja laajeni riittävästi, jotta nämä vetyionit saavat takaisin elektronejaan ja muuttuivat jälleen neutraaliksi. Näiden neutraalien vetyatomien uskotaan olevan kosmisen pimeiden aikakausien hallitseva piirre. (Lopulta kun riittävän monta niistä rypistyi yhteen muodostamaan ensimmäiset tähdet, atomit ionisoitiin uudelleen noista tähtiä säteilevän energian avulla.)
Tutkijat tietävät, että neutraali vety emittoi säteilyä 21 senttimetrin aallonpituudella - mutta kun maailmankaikkeus on laajentunut viimeisen 12 miljardin vuoden aikana, myös nämä aallonpituudet ovat venyneet. Uuden tutkimuksen kirjoittajat arvioivat, että neutraalin vedyn aallonpituus on venynyt noin 2 metriin - ja se on signaali, jonka he etsivät taivaalta MWA: n käyttämiseksi.
Ongelmana on, että on olemassa monia lähteitä (sekä ihmisen tekemiä että taivaallisia), jotka säteilevät samalla aallonpituudella.
"Kaikki nämä muut lähteet ovat monen suuruusluokkaa vahvempia kuin signaali, jota yritämme havaita", Pober sanoi. "Jopa FM-radiosignaali, joka heijastuu lentokoneesta, joka sattuu kulkemaan kaukoputken yläpuolella, riittää saastuttamaan tiedot."
Joten Pober ja hänen kollegansa kirjoittivat yhtälöryhmän näiden epäpuhtauksien tunnistamiseksi ja karsimiseksi havainnoissaan. Otettuaan yli 1200 taivaan radioaallon otosta, tutkijat päättivät, että jokainen löydettyjen 2 metrin päästöjen jälki tuli muualta kuin etsimältään neutraalilta vedyltä.
Vaikka arvostettu atomisignaali jää havaitsematta, uusi tutkimus onnistuu kaventamaan sitä, millaisen tulevaisuuden neutraalivetyhaun pitäisi näyttää. Tutkijoiden mukaan nämä tulokset tekevät vahvan todistuksen siitä, että MWA-kokeet johtavat tämän metsästyksen oikealle tielle. Jatkotutkimuksilla kosmisen pimeiden aikakausien viimeiset jäännökset voitiin pian tuoda esiin.
