Promatranje od 26 cm radio signali, nastali zbog hiperfinog prijelaza kozmičkog vodika, nude alternativni alat proučavanju ranih svemir. Što se tiče neutralne epohe dojenčeta svemir kada nije emitirano svjetlo, linije od 26 cm su možda samo prozor. Međutim, ovi crveni pomak radio signale koje emitira kozmički vodik u ranom svemir izuzetno su slabi i do sada su bili nedostižni. U 2018. eksperiment EDGE izvijestio je o detekciji signala od 26 cm, ali se nalazi nisu mogli neovisno potvrditi. Glavni problem je bila sustavnost instrumenata i kontaminacija drugim signalima s neba. Eksperiment REACH koristi jedinstvenu metodologiju za prevladavanje uskog grla. Nadamo se da će ova istraživačka skupina pouzdano moći detektirati ove nedostižne signale u bliskoj budućnosti. Ako bude uspješan, eksperiment REACH mogao bi staviti '26 cm radioastronomiju' u prvi plan u proučavanju ranih svemir i mnogo nam pomoći u razotkrivanju misterija ranog svemir.
Kada je riječ o proučavanju rani svemir, naziv nedavno pokrenutog Svemirski teleskop James Webb (JWST) pojavljuje se u našem umu. JWST, nasljednik iznimno uspješnog Hubble teleskop, je a prostor-temeljen, infracrveni opservatorij opremljen za hvatanje optičkih/infracrvenih signala iz ranih zvijezda i galaksija formiranih u Svemir ubrzo nakon Velikog praska1. Međutim, JWST ima neka ograničenja u pogledu hvatanja signala iz neutralne epohe rani svemir je zabrinut.
Tablica: Epohe u povijesti svemir od Velikog praska
(Izvor: Filozofija kozmologije – pozadina 21 cm. Dostupno na http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
Do 380 tisuća godina nakon velikog praska, svemir bio je ispunjen ioniziranim plinom i bio je potpuno neproziran. Između 380k – 400 milijuna godina, svemir postala neutralna i transparentna. Epoha reionizacije započela je nakon ove faze počevši 400 milijuna nakon velikog praska.
Tijekom neutralne epohe ranog svemir, kada svemir bilo je ispunjeno neutralnim plinovima i bilo je prozirno, nije emitiran nikakav optički signal (stoga se naziva tamno doba). Ujedinjeni materijal ne emitira svjetlost. To predstavlja izazov u proučavanju ranog Svemir neutralne epohe. Međutim, mikrovalno zračenje valne duljine od 21 cm (što odgovara 1420 MHz) koje emitira hladni, neutralni kozmički vodik tijekom ove epohe kao rezultat hiperfinog prijelaza (od paralelnog spina do stabilnijeg anti-paralelnog spina) nudi istraživačima mogućnosti. Ovo mikrovalno zračenje od 21 cm bilo bi pomaknuto u crveno kada bi stiglo do Zemlje i promatrat će se na frekvencijama od 200 MHz do 10 MHz kao radio valovi2,3.
21 cm radioastronomija: Promatranje kozmičkih signala vodika od 21 centimetar nudi alternativni pristup proučavanju ranih svemir posebno faze neutralne epohe koja je bila lišena ikakve emisije svjetlosti. To nas također može informirati o novoj fizici kao što je raspodjela materije tijekom vremena, tamna energija, tamna tvar, mase neutrina i inflacija2.
Međutim, signali od 21 cm koje emitira kozmički vodik tijekom ranog svemir faza je nedostižna. Očekuje se da će biti izuzetno slab (oko sto tisuća puta slabiji od drugih radio signala koji također dolaze s neba). Zbog toga je ovaj pristup još uvijek u povojima.
Godine 2018. istraživači su izvijestili o detekciji takvog radijskog signala na frekvenciji od 78 MHz čiji je profil bio uvelike u skladu s očekivanjima za signal od 21 centimetra koji emitira prvobitni kozmički vodik4. Ali ovo otkrivanje primordijalnog 21-cm radio signala nije se moglo neovisno potvrditi stoga pouzdanost eksperimenta nije mogla biti utvrđena do sada. Čini se da je glavni problem kontaminacija radijskim signalima u prvom planu.
Posljednja prekretnica je izvješće o radio eksperimentu za analizu kozmičkog vodika (REACH) od 21. srpnja 2022. REACH će koristiti novi eksperimentalni pristup za otkrivanje ovih slabašnih, neuhvatljivih kozmičkih radiosignala i tako ponuditi novu nadu za potvrdu kozmičkih signala od 21 centimetra.
The Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) is a sky-averaged 21-cm experiment. This aims to improve observations by managing issues faced by instruments related to residual systematic signals in the data. It focusses on detecting and jointly explaining the systematics together with the foregrounds and the cosmological signal using Bayesian statistics. The eksperiment involves simultaneous observations with two different antennas, an ultra-wideband system (redshift range about 7.5 to 28) and a receiver calibrator based on in-field measurements.
Ovaj je razvoj značajan s obzirom na njegov potencijal da bude jedan od najboljih alata (i isplativ previše u odnosu na prostor-temeljene opservatorije poput James Webb) za proučavanje ranog svemir kao i mogućnost uvođenja nove fundamentalne fizike.
***
Reference:
- Prasad U., 2021. Svemirski teleskop James Webb (JWST): Prvi svemirski opservatorij posvećen proučavanju ranog svemira. Znanstveni europski. Objavljeno 6. studenog 2021. Dostupno na http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- Pritchard JA i Loeb A., 2012. 21 cm kozmologija u 21. stoljeću. Izvješća o napretku u fizici 75 086901. Dostupno na https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Pretisak na arXiv dostupan na https://arxiv.org/abs/1109.6012 pdf verzija https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- Sveučilište Oxford. Filozofija kozmologije – pozadina 21 cm. Dostupno u http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. i sur. Apsorpcijski profil sa središtem na 78 megaherca u spektru prosječnog neba. Nature 555, 67-70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Radiometar REACH za otkrivanje signala vodika od 21 cm od crvenog pomaka z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. Otkrivanje misterija novorođenog svemira pomoću REACH radiometra. Dostupno online na https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
***
