אסטרונומים עומדים לאתר את האור מהכוכבים הראשונים ביקום

Send

צוות מדענים העובד עם טלסקופ הרדיו Murchison Widefield Array (WMA) מנסים למצוא את האות מכוכבי היקום הראשונים. הכוכבים הראשונים הללו נוצרו לאחר ימי הביניים של היקום. כדי למצוא את האור הראשון שלהם, החוקרים מחפשים את האות שמקורו במימן ניטרלי, הגז ששלט ביקום לאחר ימי הביניים החשוכים.

לקח זמן עד שהכוכבים הראשונים התהוו. אחרי המפץ הגדול, היקום היה חם ביותר; חם מכדי שנוצר אטומים. ללא אטומים לא היו כוכבים. רק לפני 377,000 שנה אחרי המפץ הגדול, היקום התפשט והתקרר מספיק כדי ליצור אטומים, בעיקר מימן ניטרלי עם מעט הליום. (ועקבות של ליתיום.) לאחר מכן, הכוכבים הקדומים ביותר החלו להיווצר, במהלך תקופת הריוניזציה.

כדי למצוא את האות החמקמק מאותו מימן ניטרלי, ה- MWA הוגדר מחדש. ה- MWA נמצא במערב אוסטרליה הרחוקה, והיו לו 2048 אנטנות רדיו שהוסדרו ל 128 "אריחים" כאשר החלה לפעול בשנת 2013. כדי לחפש את אות המימן הנייטרלי החמקמק, מספר האריחים הוכפל ל -256, והמערך כולו היה סידור מחדש. כל הנתונים ממקלטים אלה מוזנים למחשב-על הנקרא Correlator.

מאמר חדש שיפורסם בכתב העת Astrophysical מציג את התוצאות מהניתוח הראשון של הנתונים מהמערך שהוגדר לאחרונה. העיתון נקרא "תוצאות ראשונות MWA שלב II EOR ספקטרום כוח ב- Redshift 7." החוקר הראשי הוא ווניאנג לי, סטודנט לתואר שלישי באוניברסיטת בראון.

מחקר זה נועד להבין את חוזק האות מהמימן הנייטרלי. הניתוח קבע את המגבלה הנמוכה ביותר עדיין לאות זה, תוצאה מרכזית בחיפוש אחר האות הקלוש עצמו.

"אנו יכולים לומר בביטחון שאם אות המימן הנייטרלי היה חזק יותר מהמגבלה שקבענו בעיתון, אז הטלסקופ היה מגלה את זה," אמר ג'ונתן פונט, עוזר פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת בראון וסופר מקביל בנושא. מאמר חדש. "ממצאים אלה יכולים לעזור לנו להגביל עוד יותר את העיתוי של סיום התקופות האפלה הקוסמית והכוכבים הראשונים הופיעו."

למרות מה שנראה כמו ציר זמן מפורט של אירועים ביקום המוקדם, ישנם פערים משמעותיים בהבנתנו. אנו יודעים שלאחר ימי האפל החלה תקופת הריוניזציה. זה היה הרגע בו היווצרות האטומים הובילה להופעת המבנים הראשונים ביקום, כמו כוכבים, גלקסיות גמדיות וקוואזרים. עם היווצרותם של אותם עצמים, אורם התפשט ביקום, מיינן מחדש את המימן הנייטרלי. לאחר מכן המימן הנייטרלי נעלם מהחלל הבין-כוכבי.

מדענים רוצים לדעת כיצד המימן הנייטרלי השתנה כאשר ימי האפל פינו את מקומן לתקופת הריוניזציה, ואפוק הריוניזציה התפתח. הכוכבים הראשונים שנוצרו ביקום היו אבני בניין של המבנה שאנו רואים כיום, וכדי להבין אותם, מדענים צריכים למצוא את האות מאותו מימן ניטרלי מוקדם.

אבל זה לא קל. האות קלוש ונדרש גלאים רגישים ביותר כדי למצוא אותו. למרות שהמימן הנייטרלי פלט בתחילה את קרינתו באורך גל של 21 ס"מ, האות נמתח בגלל התרחבות היקום. זה עכשיו בערך 2 מטר. האות הזה של 2 מטר הולך לאיבוד בקלות בין שלל אותות אחרים כמוה, טבעיים ונגרמים על ידי האדם. זו הסיבה שה- MWA נמצא באוסטרליה הרחוקה כדי לבודד אותה מרעש רדיו רב ככל האפשר.

"כל המקורות האחרים הללו הם סדרי גודל רבים חזקים יותר מהאות שאנו מנסים לאתר," אמר פובר. "די באיתור רדיו FM שמשתקף ממטוס שעובר מעבר לטלסקופ כדי לזהם את הנתונים."

כאן נכנס כוח העיבוד של מחשב העל Correlator. יש לו את הכוח להשליך אותות מזהמים, וגם להסביר את אופי ה- MWA עצמו.

"אם אנו מסתכלים על תדרי רדיו או על אורכי גל שונים, הטלסקופ מתנהג קצת אחרת", אמר פובר. "התיקון לתגובת הטלסקופ הוא קריטי לחלוטין לצורך ביצוע ההפרדה של מזהמים אסטרופיזיים וסימן העניין."

תצורה מחדש של המערך, טכניקות ניתוח הנתונים, כוחו של מחשב העל ועבודתם הקשה של החוקרים הניבו תוצאות. העיתון מציג גבול עליון חדש עבור האות מהמימן הנייטרלי. זו הפעם השנייה בה מדענים העובדים עם ה- MWA משחררים גבול חדש ומותאם יותר. עם המשך ההתקדמות, מדענים מקווים למצוא את האות החמקמק עצמו.

"ניתוח זה ממחיש כי לשדרוג שלב שני היו הרבה מההשפעות הרצויות שלו וכי טכניקות הניתוח החדשות ישפרו את הניתוחים העתידיים," אמר פובר. "העובדה ש- MWA פרסמה עכשיו גב אל גב את שני הגבולות הטובים ביותר על האות נותנת תנופה לרעיון שלניסוי זה ולגישה שלו יש הרבה הבטחות."