Винахід сканування CAT призвів до революції в медичній діагностиці. Якщо рентгенівські промені дають лише плоский двовимірний вигляд людського тіла, CAT-сканування забезпечує більш виразний тривимірний вид. Для цього сканування CAT роблять багато віртуальних «фрагментів» в електронному вигляді та збирають їх у тривимірне зображення.
Тепер нова методика, що нагадує сканування CAT, відома як томографія, готова зробити революцію в дослідженні молодої Всесвіту та кінці космічних "темних віків". Доповідаючи в 11 листопада 2004 року, випуск Nature, астрофізики Дж. Стюарт Б. Війте (Мельбурнський університет) та Авраам Льоб (Гарвард-Смітсоніанський центр астрофізики) підрахували розміри космічних структур, які будуть виміряні, коли астрономи ефективно сфотографуйте зображення раннього Всесвіту, схожі на CAT. Ці вимірювання покажуть, як Всесвіт розвивалася за свої перші мільярди років існування.
"Досі ми обмежувались одним знімком дитинства Всесвіту - космічним мікрохвильовим фоном", - каже Лоб. "Ця нова методика дозволить нам переглянути весь альбом, повний фотографій немовлят Всесвіту. Ми можемо спостерігати, як Всесвіт росте і дозріває ».
Нарізання простору
Основою методики томографії, описаної Wyithe та Loeb, є дослідження 21-сантиметрового випромінювання довжиною хвилі від нейтральних атомів водню. У нашій власній галактиці це випромінювання допомогло астрономам скласти карту сферичного ореолу Чумацького Шляху. Щоб скласти карту далекого молодого Всесвіту, астрономи повинні виявити 21-сантиметрове випромінювання, яке було змінено червоним способом: розтягнуте на більш довгі хвилі (і нижчі частоти) шляхом розширення самого простору.
Redshift прямо корелює з відстанню. Чим далі від Землі хмара водню, тим більше її випромінювання перетворюється в червоний колір. Тому, дивлячись на певну частоту, астрономи можуть сфотографувати “шматочок” Всесвіту на певній відстані. Переступаючи через багато частот, вони можуть сфотографувати багато фрагментів і створити тривимірну картину Всесвіту.
"Томографія - це складний процес, який є однією з причин, чому цього раніше не робили на дуже високих червоних змінах", - каже Вайті. "Але це також дуже перспективно, тому що це одна з небагатьох методик, яка дозволить нам вивчити перший мільярд років історії Всесвіту".
Мильна бульбашка Всесвіту
Перший мільярд років є критичним, оскільки саме тоді почали світитися перші зірки, а перші галактики почали формуватися в компактні скупчення. Ці зірки гаряче горіли, випромінюючи величезну кількість ультрафіолетового світла, яке іонізувало поблизу атоми водню, розщеплюючи електрони від протонів і очищаючи туман нейтрального газу, що заповнював ранній Всесвіт.
Молоді галактичні скупчення незабаром були оточені бульбашками іонізованого газу, подібно до мильних бульбашок, що плавали у діжці з водою. Оскільки більше ультрафіолетового світла затоплювало простір, бульбашки збільшувалися і поступово зливалися між собою. Врешті-решт, приблизно через мільярд років після Великого вибуху, весь видимий Всесвіт був іонізований.
Щоб вивчити ранній Всесвіт, коли бульбашок було мало, а газ переважно нейтральний, астрономи повинні брати скибочки через простір, ніби нарізавши шматочок швейцарського сиру. Леб каже, що так само, як і з сиром, "якщо наші шматочки Всесвіту будуть занадто вузькими, ми продовжуватимемо бити однакові бульбашки. Погляд ніколи не зміниться ».
Щоб отримати справді корисні вимірювання, астрономи повинні взяти більші скибочки, які потрапляють в різні бульбашки. Кожен шматочок повинен бути ширшим, ніж ширина типового міхура. Wyithe і Loeb підрахували, що найбільші окремі бульбашки досягли розмірів приблизно 30 мільйонів світлових років у ранньому Всесвіті (що еквівалентно більш ніж 200 мільйонам світлових років у розширеному Всесвіті сьогодні). Ці важливі прогнози будуть спрямовані на розробку радіоінструментів для проведення томографічних досліджень.
Незабаром астрономи перевірять передбачення Wyithe та Loeb за допомогою масиву антен, налаштованих на роботу на 100-200 мегагерцових частотах червоного зміщення 21-сантиметрового водню. Зображення неба на цих частотах надзвичайно складно через людські перешкоди (телебачення та радіочастоти) та вплив іоносфери Землі на низькочастотні радіохвилі. Однак нова недорога електроніка та комп’ютерні технології дозволять зробити масштабне відображення можливим до кінця десятиліття.
"Розрахунки Стюарта і Аві прекрасні, оскільки після того, як ми побудували наші масиви, прогнози будуть просто перевірити, коли ми зробимо перші огляди раннього Всесвіту", - говорить Смітсонівський радіоастроном Лінкольн Грінхілл (CfA).
Грінхілл працює над тим, щоб створити перші погляди через пропозицію забезпечити дуже великий масив Національного наукового фонду необхідними приймачами та електронікою, що фінансується Смітсоніаном. "Пощастило, ми створимо перші зображення оболонок гарячого матеріалу навколо кількох наймолодших квазарів у Всесвіті", - каже Грінхілл.
Результати Wyithe та Loeb також допоможуть керувати дизайном та розробкою радіообсерваторій нового покоління, що будуються з нуля, таких як європейський проект LOFAR та масив, запропонований американсько-австралійською співпрацею для будівництва в радіо тихому просторі Західна Австралія.
Оригінальне джерело: Harvard CfA News Release
