Команда вчених, що працюють з радіотелескопом Murchison Widefield Array (WMA), намагаються знайти сигнал від перших зірок Всесвіту. Ці перші зірки утворилися після Темного століття Всесвіту. Щоб знайти своє перше світло, дослідники шукають сигнал з нейтрального водню, газу, який панував у Всесвіті після темних віків.
Минуло певний час, щоб утворилися перші зірки. Після Великого вибуху всесвіт була надзвичайно гаряча; занадто гаряче, щоб утворилися атоми. Без атомів не могло бути жодної зірки. Лише через 377 000 років після Великого вибуху Всесвіт розширилася і охолола, щоб утворилися атоми, переважно нейтральний водень з невеликою кількістю гелію. (І сліди літію.) Після цього найдавніші зірки почали утворюватися, в епоху Реонізації.
Щоб знайти невловимий сигнал від цього нейтрального водню, MWA було перенастроєно. MWA знаходиться у віддаленій Західній Австралії, і в ньому було 2048 радіоантен, розміщених на 128 "плитках", коли він почав працювати в 2013 році. Для полювання на невловимий нейтральний водневий сигнал кількість плиток збільшилася вдвічі до 256, а весь масив був переставлений Усі дані з цих приймачів надходять у суперкомп'ютер під назвою Корелятор.
У новій роботі, яка має бути опублікована в Astrophysical Journal, представлені результати першого аналізу даних з недавно налаштованого масиву. Стаття має назву "Результати спектру потужності EOR першого сезону MWA на етапі Redshift 7." Провідний науковий співробітник - Веньян Лі, докторант університету Браун.
Це дослідження було спрямоване на розуміння сили сигналу від нейтрального водню. Аналіз встановив найнижчу межу ще для цього сигналу, ключовий результат у пошуку самого слабкого сигналу.
"Ми можемо з упевненістю сказати, що якби сигнал нейтрального водню був сильнішим за межу, яку ми встановили в роботі, то телескоп би його виявив", - сказав Джонатан Побер, доцент фізики в університеті Браун і відповідний автор новий папір. "Ці висновки можуть допомогти нам ще більше обмежити терміни, коли закінчуються космічні темні епохи і з'являються перші зірки".
Незважаючи на те, що виглядає як детальний графік подій раннього Всесвіту, в нашому розумінні є значні прогалини. Ми знаємо, що після темних віків почалася епоха реіонізації. Саме тоді утворення атомів призвело до появи перших структур у Всесвіті, як зірки, карликові галактики та квазари. У міру формування цих об'єктів світло їх поширювалося по Всесвіту, повторно іонізуючи нейтральний водень. Після цього нейтральний водень зник з міжзоряного простору.
Вчені хочуть знати, як змінювався нейтральний водень, коли темні епохи поступалися місцем епосі реіонізації, а епоха реабілітації розгорталася. Перші зірки, що утворилися у Всесвіті, були будівельними блоками структури, яку ми бачимо сьогодні, і щоб зрозуміти їх, вченим потрібно знайти сигнал від того раннього нейтрального водню.
Але це непросто. Сигнал слабкий, і для його знаходження потрібні надзвичайно чутливі детектори. Хоча нейтральний водень спочатку випромінював своє випромінювання на довжині хвилі 21 см, сигнал розтягувався через розширення Всесвіту. Зараз це близько 2 метрів. Цей 2-метровий сигнал тепер легко втрачається серед безлічі інших сигналів, як він, природних та спричинених людиною. Ось чому MWA знаходиться у віддаленій Австралії, щоб ізолювати її від якомога більшої кількості радіозвуку.
"Усі ці інші джерела на багато порядків сильніші за сигнал, який ми намагаємось виявити", - сказав Побер. "Навіть FM-радіосигналу, який відбивається від літака, який, здається, проходить над телескопом, достатньо для забруднення даних".
Тут надходить потужність обробки суперкомп'ютера Correlator. Він має можливість відкидати забруднюючі сигнали, а також враховувати характер самого MWA.
"Якщо ми подивимось на різні радіочастоти або довжину хвилі, телескоп поводиться трохи інакше", - сказав Побер. "Корекція реакції телескопа абсолютно важлива для того, щоб зробити поділ астрофізичних забруднень та сигнал, що цікавить".
Переконфігурація масиву, методи аналізу даних, потужність суперкомп'ютера та наполеглива робота дослідників дали результати. У статті представлена нова верхня межа для сигналу від нейтрального водню. Це вдруге вчені, які працюють із MWA, випустили новий, більш чітко налаштований ліміт. Постійно просуваючись, вчені сподіваються знайти сам невловимий сигнал.
"Цей аналіз демонструє, що оновлення другого етапу мало багато бажаних ефектів і що нові методи аналізу покращать майбутній аналіз", - сказав Побер. "Той факт, що MWA опублікував два найкращі межі сигналу, дає імпульс думці, що цей експеримент та його підхід мають багато обіцянок".
Більше:
- Прес-реліз: Вчені на дюйм ближче, ніж коли-небудь, щоб подати сигнал від космічного світанку
- Дослідницький документ: Перший сезон MWA Фаза II ЕоР Енергетичний спектр енергії на Redshift 7
- Обсерваторія сіна MIT: епоха реабілітації
- Космічний журнал: епоха реабілітації ранньої точки виявлення галактики
