Dawno temu, miliony lat przed powstaniem pierwszej gwiazdy, cały wszechświat był morzem ciemności.
Począwszy od około 400 000 lat po Wielkim Wybuchu i trwając setki milionów lat, tak zwana ciemna epoka wszechświata oznaczała ostatni raz, kiedy pusta przestrzeń była naprawdę pusta; bez planet, bez słońc, bez galaktyk, bez życia - tylko mgła atomów wodoru wykuta przez Wielki Wybuch i pozostawiona, by przemknąć przez ciemność.
Obecnie teleskopy na całym świecie próbują ujrzeć ten pierwotny wodór (znany jako wodór obojętny), aby wskazać moment, w którym era ciemności w końcu się skończyła i powstały pierwsze galaktyki. Chociaż te starożytne atomy pozostają nieuchwytne, zespół badaczy z australijskiej prowincji mógł być bliżej ich znalezienia niż kiedykolwiek wcześniej.
Według nowych badań opublikowanych w bazie danych przedruku arXiv, które wkrótce pojawią się w czasopiśmie Astrophysical Journal, astronomowie wykorzystali radioteleskop Murchison Widefield Array (MWA), aby zagłębić się w kosmiczną przeszłość w poszukiwaniu długości fali neutralnego wodoru. Nie znaleźli tego, czego szukali - jednak korzystając z nowych ustawień ostatnio zaktualizowanej tablicy teleskopu, zespół ustalił najniższy jak dotąd limit siły sygnału neutralnego wodoru.
„Możemy z całą pewnością powiedzieć, że gdyby neutralny sygnał wodoru był silniejszy niż limit określony w artykule, to teleskop by go wykrył” - powiedział współautor badań Jonathan Pober, adiunkt fizyki na Brown University w Rhode Island. Oznacza to, że polowanie na te starożytne molekuły wciąż trwa, a teraz naukowcy wiedzą, że ślady neutralnego wodoru są jeszcze słabsze niż się spodziewano.
Pierwsze atomy
Energia przepływająca przez wczesny wszechświat była tak silna, że każdy atom miał zerwane elektrony, dając im ładunek dodatni. Pierwszym z tych atomów był dodatnio naładowany jon wodoru. W ciągu setek tysięcy lat wszechświat ochłodził się i rozszerzył na tyle, aby jony wodoru mogły odzyskać elektrony, stając się ponownie neutralne. Uważa się, że te obojętne atomy wodoru są dominującą cechą kosmicznych ciemnych wieków. (W końcu, gdy wystarczająca liczba zlepi się razem, aby utworzyć pierwsze gwiazdy, atomy ponownie zjonizują się za pomocą energii wypromieniowanej przez te gwiazdy.)
Naukowcy wiedzą, że obojętny wodór emituje promieniowanie o długości fali 21 centymetrów - jednak, ponieważ wszechświat rozszerzył się w ciągu ostatnich 12 miliardów lat, długości fal również się rozciągnęły. Autorzy nowego badania oszacowali, że długość fali neutralnego wodoru rozciąga się na około 2 metry - i to jest sygnał, że przeszukali niebo, by użyć MWA.
Problem polega na tym, że istnieje wiele źródeł (zarówno sztucznych, jak i niebieskich), które promieniują na tej samej długości fali.
„Wszystkie te inne źródła są o wiele rzędów wielkości silniejsze niż sygnał, który próbujemy wykryć” - powiedział Pober. „Nawet sygnał radiowy FM, który odbija się od samolotu przelatującego nad teleskopem, wystarcza do skażenia danych”.
Tak więc Pober i jego koledzy napisali zestaw równań, aby zidentyfikować i usunąć te zanieczyszczenia w swoich obserwacjach. Po zrobieniu ponad 1200 migawek fal radiowych z nieba, naukowcy ustalili, że każdy ślad 2-metrowej emisji, którą znaleźli, pochodził z innego miejsca niż neutralny wodór, którego szukali.
Chociaż cenny sygnał atomowy pozostaje nieznany, nowym badaniom udało się zawęzić to, jak powinny wyglądać przyszłe poszukiwania neutralnego wodoru. Zdaniem naukowców wyniki te stanowią mocny dowód, że eksperymenty MWA prowadzą to polowanie właściwą ścieżką. Dalsze badania pozwolą wkrótce odkryć ostatnie relikty kosmicznego ciemnego wieku.
