Sygnał radiowy z odległości 8 miliardów lat świetlnych może ujawnić tajemnice „ciemnego wieku” wszechświata
Wykorzystując zakrzywioną czasoprzestrzeń jako szkło powiększające, astronomowie wychwycili najodleglejszy sygnał tego rodzaju z odległej galaktyki, który może otworzyć okno na to, jak powstał nasz wszechświat.
Rekordowy sygnał o częstotliwości radiowej, zarejestrowany przez Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach, pochodził z galaktyki SDSSJ0826+5630, znajdującej się 8,8 miliarda lat świetlnych od Ziemi, co oznacza, że sygnał został wyemitowany, gdy Wszechświat był mniej więcej trzeci swojego obecnego wieku.
Sygnał jest linią emisyjną z najbardziej pierwotnego pierwiastka wszechświata: neutralnego wodoru. W następstwie Wielki Wybuchpierwiastek ten istniał w całym kosmosie jako burzliwa mgła, z której ostatecznie powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki. Astronomowie od dawna szukali odległych sygnałów z neutralnego wodoru w nadziei znalezienia momentu, w którym zaczęły świecić pierwsze gwiazdy, ale sygnały te okazały się trudne do wykrycia, biorąc pod uwagę ogromne odległości.
Teraz nowe badanie, opublikowane 23 grudnia w czasopiśmie Miesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego, (otwiera się w nowej karcie) pokazuje, że efekt zwany soczewkowaniem grawitacyjnym może pomóc astronomom dostrzec dowody na istnienie neutralnego wodoru.
Powiązany: Dziwny sygnał „bicia serca” zauważony z głębokiego kosmosu
„Galaktyka emituje różne rodzaje sygnałów radiowych” – główny autor badania Arnab Chakraborty (otwiera się w nowej karcie)kosmolog z McGill University w Kanadzie, powiedział w oświadczeniu (otwiera się w nowej karcie). „Do tej pory możliwe było uchwycenie tego konkretnego sygnału z pobliskiej galaktyki, ograniczając naszą wiedzę do tych galaktyk bliżej Ziemi”.
„Ciemny wiek” wszechświata
Wykuty około 400 000 lat po powstaniu wszechświata, kiedy protony i elektrony po raz pierwszy związały się z neutronami, neutralny wodór zaludnił ciemny wczesny kosmos przez tak zwaną ciemną erę, zanim powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki.
Kiedy formują się gwiazdy, emitują ostre światło ultrafioletowe, które pozbawia elektrony dużej części wodoru atomy w otaczającej je przestrzeni, jonizując w ten sposób atomy, które przestają być neutralne. W końcu młode gwiazdy tracą intensywność promieniowania ultrafioletowego, a niektóre zjonizowane atomy rekombinują w obojętny wodór. Wykrywanie i badanie neutralnego wodoru może zapewnić wgląd w życie najwcześniejszych gwiazd, a także w epokę poprzedzającą istnienie gwiazd.
Neutralny wodór emituje światło o charakterystycznej długości fali 21 centymetrów. Ale wykorzystanie sygnałów neutralnego wodoru do badania wczesnego Wszechświata jest trudnym zadaniem, ponieważ sygnały o dużej długości fali i niskiej intensywności często są zagłuszane na ogromnych odległościach kosmicznych. Do tej pory najdalszy wykryty sygnał wodoru o długości 21 cm znajdował się w odległości 4,4 miliarda lat świetlnych.
Soczewkowanie grawitacyjne zagląda w przeszłość
Aby znaleźć sygnał w odległości dwukrotnie większej niż poprzednia, naukowcy wykorzystali efekt zwany soczewkowaniem grawitacyjnym.
W swojej teorii ogólnej względnośćwyjaśnił to Albert Einstein powaga nie jest wytwarzana przez niewidzialną siłę, ale jest raczej naszym doświadczeniem zakrzywiania i zniekształcania czasoprzestrzeni w obecności materii i energii. Soczewkowanie grawitacyjne występuje, gdy między naszymi teleskopami a źródłem znajduje się masywny obiekt. W tym przypadku obiektem zakrzywiającym przestrzeń była gigantyczna gwiazdotwórcza galaktyka SDSSJ0826+5630, która wykorzystała swój potężny efekt zakrzywienia, aby działać jak soczewka, która kierowała słaby i odległy neutralny sygnał wodoru w ognisko dla GMRT.
„W tym konkretnym przypadku sygnał jest zakrzywiany przez obecność innego masywnego ciała, innej galaktyki, między celem a obserwatorem” – współautor badania Nirupama Roya, profesor nadzwyczajny fizyki w Indyjskim Instytucie Nauki, powiedział w oświadczeniu. „To skutecznie skutkuje 30-krotnym powiększeniem sygnału, co pozwala teleskopowi go wychwycić”.
Teraz, gdy naukowcy znaleźli sposób na sondowanie wcześniej niedostępnych obłoków wodoru, chcą go użyć do ulepszenia map Wszechświata w różnych epokach kosmologicznych i, miejmy nadzieję, wskazać moment, w którym zaczęły świecić pierwsze gwiazdy.
