Wszechświat nie zawsze był tak dobrze oświetlonym miejscem. Miał swoje własne Średniowiecze, w czasach, gdy powstały gwiazdy i galaktyki. Problem polega na tym, że od tego okresu nie ma światła widzialnego przemierzającego Wszechświat.
Teraz zespół astronomów kierowany przez dr Benjamina McKinleya z Międzynarodowego Centrum Badań Radia Astronomii (ICRAR) i Uniwersytetu Curtin używa Księżyca do pomocy w odkryciu tych tajemnic.
Wszechświat ma własną historyczną oś czasu, a zrozumienie tych nowych badań wymaga spojrzenia na tę oś czasu. Po tym, jak Wielki Wybuch zaczął działać, minęło około 377 000 lat, w których niewiele się wydarzyło. Nie powstały jeszcze gwiazdy, a fotony były po prostu zbyt gorące, aby mogły podróżować. Ten pierwszy kawałek czasu ma łatwą do zapamiętania nazwę „Early Universe”.
Około 377 000 lat Wszechświat ochłodził się na tyle, że stał się przezroczysty. W tym czasie Wszechświat był zdominowany przez energetyczne atomy wodoru. Podczas schładzania wodór uwalniał fotony. Fotony z tego czasu są znane jako Cosmic Microwave Background (CMB). CMB jest jakby wielkim błyskiem tego momentu, odciśniętym na tle kosmosu.
Znak 377 000 lat to początek okresu średniowiecza, który trwał do około 1 miliarda lat. Nazywa się to Mrocznym Wiekiem, ponieważ nie było gwiazd i, oczywiście, światła gwiazd. Światło było z CMB, ale nie mówi nam, co musimy wiedzieć. Na szczęście cały ten wodór, który ostygł i opuścił CMB dla astronomów do zbadania, jeszcze się nie skończył. Te wodory były teraz obojętne, ale nadal uwalniały sporadyczny foton, a te fotony są znane jako linia spinowa neutralnego wodoru o długości 21 cm. Uff! Wziąć oddech.
Co prowadzi nas do tego nowego badania. Istnieje wiele badań nad tym neutralnym wodorem, ponieważ jest to najbardziej obiecująca droga do badania pierwszych dni Wszechświata. Problem polega na tym, że sygnał jest bardzo słaby i przesłaniany przez inne jasne obiekty astrofizyczne na pierwszym planie. Instrumenty stosowane do jego pomiaru wprowadzają również systematyczne efekty, które należy ograniczyć. I o to tak naprawdę chodzi w tym badaniu.
Autorzy podkreślają, że jest to pierwszy z serii artykułów na temat tych badań. Użycie Księżyca i Drogi Mlecznej odbijających się od niego jest częścią dokładnie dostrojonej kalibracji wymaganej do sondowania 21 cm. spinowa linia wodoru lub to, co nazwiemy światłem z wczesnego neutralnego wodoru.
Dr McKinley i inni badacze używają radioteleskopu o nazwie Murchison Widefield Array (MWA) znajdującego się w cichym radiowo obszarze na pustyni Australii Zachodniej. MWA to interferometr składający się z 256 oddzielnych instalacji o powierzchni 6 km kw. Każda z tych 256 stron zawiera 16 oddzielnych odbiorników, a cały system jest ze sobą połączony.
To, co dr McKinley i jego zespół naprawdę starają się zrobić, to użyć MWA, aby „pogłębić” jasność Wszechświata, aby zobaczyć światło z neutralnego wodoru w średniowieczu. Najpierw wiercą jasność Drogi Mlecznej, potem światło innych galaktyk, a potem CMB. Mam nadzieję, że po tym wszystkim, co zostało wyjaśnione, pozostaje światło z obojętnego wodoru. To badanie jest początkiem ich próby odizolowania światła od neutralnego wodoru.
„Zmierzyliśmy wartość średniej jasności naszej Galaktyki w miejscu, w którym Księżyc ją zakrywa, aby pokazać, że technika działa”. - Dr McKinley, ICRAR.
W tym wczesnym eksperymencie zespół wykorzystał możliwości Murchison Widefield Array do pomiaru wahań średniej jasności nieba. Zrobili to za pomocą Księżyca, aby zablokować niebo. Podczas wymiany wiadomości e-mail z czasopismem Space Magazine dr McKinley wyjaśnił ten proces. „Więc używamy Księżyca do wytworzenia fluktuacji wokół środka, umieszczając go w naszym polu widzenia, aby zakryć niebo. Zakładamy, że znamy jasność Księżyca (na podstawie jego temperatury), więc możemy wywnioskować średnią temperaturę nieba. ”
Problem polega na tym, że Księżyc jest również ciałem odblaskowym. Wszechświat żyje, a fale radiowe podskakują, a Księżyc odbija niektóre z nich - w tym te z Drogi Mlecznej - które należy uwzględnić. Jak mówi dr McKinley: „Ale temperatura Księżyca zależy nie tylko od jego temperatury. Odbija także fale radiowe, w tym te pochodzące z Ziemi i te pochodzące z kosmosu. Właśnie dlatego musiałem wymodelować Drogę Mleczną odbijającą się od Księżyca w teleskopie. Obliczamy, jakie odbicie powinno być oparte na modelu Drogi Mlecznej, a następnie wykorzystujemy to w naszej analizie (odejmując go od jasności Księżyca). ”
Fascynujący obraz Drogi Mlecznej odbijany od Księżyca to nie tylko ładny obraz. Stanowi rodzaj dowodu koncepcji metod pomiaru zespołu. „Zmierzyliśmy wartość średniej jasności naszej Galaktyki w miejscu, w którym Księżyc ją zakrywa, aby pokazać, że ta technika działa” - powiedział dr McKinley dla czasopisma Space Magazine.
Dr McKinley i jego zespół są dopiero na początku tego, co według nich będzie owocnym kierunkiem badań. Nadal muszą dopracować sposób, w jaki uwzględniają emisje nowej wiedzy i tła, aby odizolować wczesne emisje radiowe wodoru. Ale jeśli będą w stanie, otworzą okno na nieuchwytną linię wirowania 21 cm neutralnego wodoru. A jeśli potrafią to zaobserwować, mają nadzieję odpowiedzieć na kilka podstawowych pytań dotyczących historii Wszechświata.
- Artykuł badawczy: „Mierzenie globalnego 21-cm sygnału za pomocą MWA-I: ulepszone pomiary galaktycznego tła synchrotronowego za pomocą okultyzmu księżycowego”
- Informacja prasowa ICRAR: „Księżyc pomaga odkryć tajemnice Wszechświata”
- Wpis w Wikipedii: Chronologia wszechświata
