Pozorovanie 26 cm rádio signály, vytvorené v dôsledku hyperjemného prechodu kozmického vodíka, ponúkajú alternatívny nástroj k štúdiu raných vesmír. Pokiaľ ide o neutrálnu epochu dieťaťa vesmír keď nesvietilo svetlo, 26 cm čiary sú snáď len oknom. Tieto však posunuli červený posun rádio signály vysielané kozmickým vodíkom na začiatku vesmír sú extrémne slabé a doteraz boli nepolapiteľné. V roku 2018 experiment EDGE oznámil detekciu 26 cm signálov, ale zistenia nebolo možné nezávisle potvrdiť. Hlavným problémom bola systematickosť prístrojov a kontaminácia inými signálmi z oblohy. Experiment REACH má využiť jedinečnú metodológiu na prekonanie úzkeho miesta. Dúfame, že táto výskumná skupina bude v blízkej budúcnosti spoľahlivo schopná odhaliť tieto nepolapiteľné signály. Ak bude experiment REACH úspešný, môže priniesť '26 cm rádioastronómiu' do popredia v štúdiu raného veku vesmír a veľmi nám pomôžte pri odhaľovaní tajomstiev dávnych čias vesmír.
Pokiaľ ide o štúdium raný vesmír, názov nedávno spusteného Vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST) vynorí sa nám v mysli. JWST, nástupca mimoriadne úspešného Hubble ďalekohľad, je a priestor- infračervené observatórium vybavené na zachytávanie optických/infračervených signálov z raných hviezd a galaxií vytvorených v Vesmír krátko po veľkom tresku1. Avšak, JWST má určité obmedzenia, pokiaľ ide o zachytávanie signálov z neutrálnej epochy raný vesmír je znepokojený.
Tabuľka: Epochy v histórii vesmír od Veľkého tresku
(Zdroj: Filozofia kozmológie – 21 cm pozadie. Dostupné na http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
Až 380 tisíc rokov po veľkom tresku vesmír bola naplnená ionizovaným plynom a bola úplne nepriehľadná. Medzi 380 400 – XNUMX miliónmi rokov, vesmír sa stal neutrálnym a transparentným. Po tejto fáze začala epocha reionizácie, ktorá začala 400 miliónov po veľkom tresku.
Počas neutrálnej epochy raných vesmír, keď vesmír bol naplnený neutrálnymi plynmi a bol priehľadný, nevydával sa žiadny optický signál (preto sa nazýva temný vek). Unionizovaný materiál nevyžaruje svetlo. To predstavuje výzvu pri štúdiu raného veku Vesmír neutrálnej epochy. Avšak mikrovlnné žiarenie s vlnovou dĺžkou 21 cm (zodpovedajúce 1420 MHz) emitované studeným neutrálnym kozmickým vodíkom počas tejto epochy v dôsledku hyperjemného prechodu (od paralelného spinu k stabilnejšiemu antiparalelnému spinu) ponúka výskumníkom príležitosti. Toto 21 cm mikrovlnné žiarenie by sa po dosiahnutí Zeme posunulo do červeného posunu a bude pozorované pri frekvenciách 200 MHz až 10 MHz ako rádiové vlny.2,3.
21 cm rádioastronómia: Pozorovanie 21-centimetrových signálov kozmického vodíka ponúka alternatívny prístup k štúdiu raných vesmír najmä neutrálnej epochovej fázy, ktorá bola bez akejkoľvek emisie svetla. To nás môže tiež informovať o novej fyzike, ako je distribúcia hmoty v čase, tmavá energia, tmavá hmota, hmotnosti neutrín a inflácia2.
Avšak, 21-cm signály emitované kozmickým vodíkom počas skorého obdobia vesmír fáza je nepolapiteľná. Očakáva sa, že bude extrémne slabý (asi stotisíckrát slabší ako iné rádiové signály, ktoré tiež vychádzajú z neba). V dôsledku toho je tento prístup stále v plienkach.
V roku 2018 výskumníci oznámili detekciu takéhoto rádiového signálu na frekvencii 78 MHz, ktorého profil bol do značnej miery v súlade s očakávaniami pre 21-centimetrový signál vysielaný prvotným kozmickým vodíkom.4. Túto detekciu prvotného 21-cm rádiového signálu však nebolo možné nezávisle potvrdiť, a preto nebolo možné doteraz určiť spoľahlivosť experimentu. Zdá sa, že hlavným problémom je kontaminácia rádiovými signálmi v popredí.
Najnovším míľnikom je správa o Rádiovom experimente pre analýzu kozmického vodíka (REACH) z 21. júla 2022. REACH použije nový experimentálny prístup na detekciu týchto slabých nepolapiteľných kozmických rádiových signálov, čím ponúkne novú nádej na potvrdenie 21-centimetrových kozmických signálov.
Rádiový experiment pre analýzu kozmického vodíka (REACH) je experiment s priemerom 21 cm. Cieľom je zlepšiť pozorovania riadením problémov, ktorým čelia nástroje súvisiace so zvyškovými systematickými signálmi v údajoch. Zameriava sa na zisťovanie a spoločné vysvetľovanie systematiky spolu s popredím a kozmologickým signálom pomocou bayesovskej štatistiky. The experiment zahŕňa simultánne pozorovania s dvoma rôznymi anténami, ultraširokopásmovým systémom (rozsah červeného posunu asi 7.5 až 28) a kalibrátorom prijímača na základe meraní v teréne.
Tento vývoj je významný vzhľadom na jeho potenciál byť jedným z najlepších nástrojov (a nákladovo efektívny aj vo vzťahu ku vis-a-vis priestor-založené observatóriá ako james webb) na štúdium raného veku vesmír ako aj možnosť uvedenia novej základnej fyziky.
***
Referencie:
- Prasad U., 2021. Vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST): Prvé vesmírne observatórium venované štúdiu raného vesmíru. Vedecký Európan. Uverejnené 6. novembra 2021. Dostupné na http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- Pritchard JA a Loeb A., 2012. 21 cm kozmológia v 21. storočí. Správy o pokroku vo fyzike 75 086901. Dostupné na https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Predtlač na arXiv k dispozícii na https://arxiv.org/abs/1109.6012 pdf verzia https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- Oxfordská univerzita. Filozofia kozmológie – 21 cm pozadie. Dostupný v http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. a kol. Absorpčný profil sústredený na 78 megahertzov v spektre s priemerom oblohy. Príroda 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. a kol. Rádiometer REACH na detekciu 21 cm vodíkového signálu z červeného posunu z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. Odhaľovanie tajomstiev detského vesmíru pomocou rádiometra REACH. Dostupné online na https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
***
