אשראי תמונה: נאס"א
אסטרונומים שרוצים ללמוד את היקום המוקדם מתמודדים עם בעיה מהותית. איך אתה מסתכל על מה שהיה ב"תקופות החשוכות ", לפני שהכוכבים הראשונים נוצרו כדי להאיר אותו? התיאורטיקנים אברהם לוב ומתיאס זלדארייאגה (המרכז לאסטרופיסיקה של הרווארד-סמיתסוניאן) מצאו פיתרון. הם חישבו שאסטרונומים יכולים לאתר את האטומים הראשונים ביקום הקדום על ידי חיפוש אחר הצללים שהטילו.
כדי לראות את הצללים, על המתבונן ללמוד את הרקע הקוסמי של המיקרוגל (CMB) - קרינה שנשארה מעידן השילוב מחדש. כאשר היקום היה כבן 370,000 שנה, הוא התקרר דיו כדי שהאלקטרונים והפרוטונים יתאחדו, יתאגדו מחדש לאטומי מימן נייטרליים ויאפשרו לקרינת ה- CMB השרידית מהמפץ הגדול לנוע כמעט ללא הפרעה ברחבי הקוסמוס במשך 13 מיליארד השנים האחרונות.
עם הזמן, חלק מצילומי ה- CMB נתקלו בגושי גז מימן ונקלטו. על ידי חיפוש אזורים עם פחות פוטונים - אזורים המוצלים על ידי מימן, אסטרונומים יכולים לקבוע את התפלגות החומר ביקום המוקדם מאוד.
"יש כמות עצומה של מידע מוטבע על שמי המיקרוגל שיכול ללמד אותנו על התנאים הראשוניים של היקום בדיוק מדויק", אמר לוב.
אינפלציה וחומר אפל
כדי לקלוט פוטונים של CMB, טמפרטורת המימן (במיוחד טמפרטורת ההתרגשות שלה) חייבת להיות נמוכה מהטמפרטורה של קרינת CMB - תנאים שהיו קיימים רק כאשר היקום היה בין 20 ל 100 מיליון שנה (גיל היקום: 13.7 מיליארד שנים). במקרה, זה גם הרבה לפני היווצרותם של כוכבים או גלקסיות כלשהם, ופותחים חלון ייחודי למה שמכונה "עידנים אפלים".
לימוד צללי CMB מאפשר גם לאסטרונומים להתבונן במבנים קטנים בהרבה ממה שהיה אפשרי בעבר באמצעות מכשירים כמו הלוויין וויקינסון מיקרוגל אניסוטרופי (WMAP). טכניקת הצל יכולה לגלות גושים של מימן עד 30,000 שנות אור ביקום של ימינו, או שווה ערך ל -300 שנות אור בלבד ביקום הקדמוני. (הסולם גדל ככל שהיקום התפשט.) רזולוציה כזו היא גורם של פי 1000 טוב יותר מאשר הרזולוציה של WMAP.
"שיטה זו מציעה חלון לפיזיקה של היקום המוקדם מאוד, כלומר תקופת האינפלציה שבמהלכה, ככל הנראה, נוצרה תנודות בהתפלגות החומר. יתר על כן, נוכל לקבוע אם נייטרינים או סוג חלקיק בלתי ידוע תורמים באופן משמעותי לכמות 'החומר האפל' ביקום. השאלות הללו - מה קרה בתקופת האינפלציה ומהו חומר אפל - הן בעיות מפתח בקוסמולוגיה המודרנית שתשובותיה יניבו תובנות מהותיות לגבי טבע היקום ", אמר לוב.
אתגר תצפיתי
אטומי מימן סופגים פוטונים של CMB באורך גל מסוים של 21 סנטימטרים. התפשטות היקום מותחת את אורך הגל בתופעה שנקראת משמרת אדומה (מכיוון שאורך גל ארוך יותר אדום). לכן, בכדי לצפות בספיגה של 21 ס"מ מהיקום הקדום, על האסטרונומים להסתכל על אורכי גל ארוכים יותר של 6 עד 21 מטר (20 עד 70 רגל), בחלק הרדיו של הספקטרום האלקטרומגנטי.
התבוננות בצללי CMB באורכי גל רדיו תהיה קשה בגלל הפרעות על ידי מקורות שמיים מקדימה. כדי לאסוף נתונים מדויקים, אסטרונומים יצטרכו להשתמש בדור הבא של טלסקופים רדיו, כמו מערך התדרים הנמוכים (LOFAR) ומערך הקילומטר המרובע (SKA). אמנם התצפיות יהיו אתגר, אך התשלום הפוטנציאלי הוא גדול.
"יש מכרה זהב של מידע שמחכה לחילוץ. אמנם הגילוי המלא שלה עשוי להיות מאתגר ניסויים, אך כדאי לדעת שהוא קיים ושאנו יכולים לנסות למדוד אותו בעתיד הקרוב, "אמר לוב.
מחקר זה יפורסם בגיליון הקרוב של מכתבי ביקורת גופנית, וכעת הוא זמין באופן מקוון בכתובת http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
שבסיסה בקיימברידג ', מסצ'וסטס, המרכז הרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה הוא שיתוף פעולה משותף בין המצפה האסטרופיסי של סמיתסוניאן לבין המצפה במכללת הרווארד. מדעני CfA, המאורגנים בשש חטיבות מחקר, בוחנים את מקורו, האבולוציה ואת גורלו הסופי של היקום.
המקור המקורי: מהדורת החדשות של הרווארד CfA
