Давно, мільйони років, перш ніж перша зірка зажигала життям, весь Всесвіт був морем темряви.
Починаючи приблизно з 400 000 років після Великого вибуху і тривав сотні мільйонів років, ця так звана темна епоха Всесвіту позначила останній раз, коли порожній простір справді був порожнім; ні планети, ні сонця, ні галактики, ні життя - просто туман атомів водню, підроблений Великим Вибухом і залишений пробиватися крізь темряву.
Сьогодні телескопи по всьому світу намагаються побачити той первинний водень (відомий як нейтральний водень), щоб точно визначити момент, коли темні епохи нарешті закінчилися і сформувалися перші галактики. Хоча ці античні атоми залишаються невловимими, команда дослідників австралійської глибинки, можливо, наблизилась до їх пошуку, ніж будь-коли раніше.
Згідно з новим дослідженням, опублікованим у базі даних переддруку arXiv і незабаром з'явиться в Astrophysical Journal, астрономи застосували радіотелескоп Murchison Widefield Array (MWA), щоб заглянути глибоко в космічне минуле в пошуках довжини хвилі сигналу нейтрального водню. Вони не знайшли того, що шукали - однак, використовуючи нові параметри нещодавно оновленого масиву телескопа, команда визначила найнижчу межу колись для сили сигналу нейтрального водню.
"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 співавтор дослідження Джонатан Побер, доцент кафедри фізики в університеті Брауна в Род-Айленд. Це означає, що полювання на ці давні молекули ще триває, і тепер дослідники знають, що сліди нейтрального водню навіть слабші, ніж передбачалося.
Перші атоми
Енергія, що проходила через ранній Всесвіт, була настільки сильною, що у кожного атома були вирвані електрони, що дало їм позитивний заряд Першим з цих атомів був позитивно заряджений іон водню. Протягом сотень тисяч років Всесвіт охолоджувалась і розширювалась, щоб ці іони водню повернули свої електрони, знову ставши нейтральними. Вважається, що ці нейтральні атоми водню є домінуючою ознакою космічних темних віків. (Зрештою, коли достатньо їх згустилося, щоб утворити перші зірки, атоми знову були іонізовані енергією, випромінюваною з цих зірок.)
Вченим відомо, що нейтральний водень випромінює випромінювання на довжині хвилі 21 сантиметр - однак, оскільки Всесвіт розширюється протягом останніх 12 мільярдів років, ці довжини хвилі теж розтягуються. Автори нового дослідження підрахували, що довжина хвилі нейтрального водню розтягнулася приблизно до 2 метрів - і це сигнал, що вони шукали небо для використання MWA.
Біда в тому, що існує багато джерел (техногенних і небесних), які випромінюють однакову довжину хвилі.
"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".
Так, Побер та його колеги написали набір рівнянь, щоб визначити та відмити ці забруднення у своїх спостереженнях. Зробивши більше 1200 знімків радіохвиль неба, дослідники визначили, що кожен слід 2-метрових викидів, які вони знайшли, походить десь із іншого, ніж з нейтрального водню, якого вони шукали.
Незважаючи на те, що цінний атомний сигнал залишається нерозкритим, новим дослідженням вдалося звузити, яким повинен виглядати майбутній пошук нейтрального водню. На думку дослідників, ці результати свідчать про те, що експерименти MWA ведуть цю охоту в правильний шлях. За допомогою подальших досліджень найближчі мощі космічних темних епох незабаром можуть бути виведені на світ.
