Murchisoni Widefield Array (WMA) raadioteleskoobiga töötav teadlaste meeskond üritab leida signaali Universumi esimestest tähtedest. Need esimesed tähed moodustusid pärast Universumi pimedaid aegu. Oma esimese valguse leidmiseks otsivad teadlased signaali neutraalsest vesinikust - gaasist, mis domineeris Universumis pärast pimedaid.
Esimeste tähtede moodustumine võttis veidi aega. Pärast Suurt Pauku oli universum äärmiselt kuum; liiga kuum aatomite moodustamiseks. Ilma aatomiteta ei saaks tähti olla. Alles umbes 377 000 aastat pärast Suurt Pauku oli Universum laienenud ja jahutanud piisavalt aatomeid, et moodustada enamasti heeliumiga neutraalne vesinik. (Ja liitiumi jäljed.) Pärast seda hakkasid kõige uuemad tähed moodustuma, uuestisündimise ajastul.
Sellest neutraalsest vesinikust tabamatu signaali leidmiseks konfigureeriti MWA uuesti. MWA asub Lääne-Austraalia kauges osas ja selle käivitamisel 2013. aastal oli sellel 2048 raadioantenni, mis olid paigutatud 128 “plaadiks”. Püüdmatu neutraalse vesiniku signaali jahtimiseks kahekordistati plaatide arv 256-ni ja kogu massiiv oli ümber korraldatud. Kõik nende vastuvõtjate andmed sisestatakse superarvutisse, mida nimetatakse korrelaatoriks.
Astrofüüsikaajakirjas avaldatavas uues artiklis tutvustatakse värskelt konfigureeritud massiivi andmete esimese analüüsi tulemusi. Töö kannab pealkirja “Esimese hooaja MWA II faasi EoR toitespektri tulemused Redshift 7-l”. Juhtiv teadur on Browni ülikooli doktorant Wenyang Li.
Selle uurimistöö eesmärk oli mõista neutraalsest vesinikust tuleva signaali tugevust. Analüüs määras selle signaali jaoks madalaima piirmäära, mis on nõrga signaali otsimise peamine tulemus.
"Võime kindlalt öelda, et kui neutraalne vesiniku signaal oleks tugevam kui paberil seatud piir, siis oleks teleskoop selle tuvastanud," ütles Browni ülikooli füüsika abiprofessor ja vastav autor Jonathan Pober. uus paber. "Need leiud võivad aidata meil veelgi piirata aega, millal kosmilised pimeduseajad lõppesid ja esimesed tähed tekkisid."
Vaatamata sellele, mis näeb välja varajase universumi sündmuste üksikasjalik ajakava, on meie mõistmises olulisi lünki. Me teame, et pärast pimedat ajastut sai alguse taasioniseerimise ajastu. Siis aatomite moodustumine tõi kaasa Universumis esimeste struktuuride, nagu tähed, kääbusgalaktikad ja kvaasarid, ilmumise. Nende objektide moodustumisel levis nende valgus läbi Universumi, taasioniseerides neutraalset vesinikku. Pärast seda kadus neutraalne vesinik tähtedevahelisest ruumist.
Teadlased tahavad teada, kuidas neutraalne vesinik muutus, kui pimedad ajastud andsid teed taasioniseerimise ajajärgule ja taasiseseisvumise ajajärk sai lahti. Esimesed tähed, mis universumis moodustusid, olid tänapäeval nähtavate struktuuride ehitusplokid ja nende mõistmiseks peavad teadlased leidma signaali sellest varasest neutraalsest vesinikust.
Kuid see pole lihtne. Signaal on nõrk ja selle leidmiseks on vaja äärmiselt tundlikke andureid. Kuigi neutraalne vesinik eraldas algselt oma kiirgust lainepikkusel 21 cm, on signaal Universumi laienemise tõttu venitatud. See on nüüd umbes 2 meetrit. See 2-meetrine signaal on nüüd kergesti kaotatav paljude teiste sarnaste signaalide hulgas, nii looduslike kui ka inimeste põhjustatud. Sellepärast on MWA kauges Austraalias, et isoleerida see võimalikult suurest raadio mürast.
"Kõik need muud allikad on palju suurusjärku tugevamad kui signaal, mida proovime tuvastada," ütles Pober. "Andmete saastamiseks piisab isegi FM-raadiosignaalist, mis peegeldub teleskoobi kohal liikuvast lennukist."
See on koht, kus tuleb kasutada korrelaatori superarvuti töötlemisvõimsust. Sellel on võim saastesignaalidest loobuda ja arvestada ka MWA enda olemusega.
"Kui vaatame erinevaid raadiosagedusi või lainepikkusi, käitub teleskoop pisut teistmoodi," ütles Pober. "Teleskoobi vastuse korrigeerimine on astrofüüsikaliste saasteainete ja huvipakkuva signaali eraldamise jaoks ülioluline."
Massiivi ümberseadistamine, andmeanalüüsi tehnikad, superarvuti võimsus ja teadlaste raske töö andsid tulemusi. Paber tutvustab uut neutraalse vesiniku signaali ülemist piiri. See on teine kord, kui MWA-ga töötavad teadlased on välja andnud uue, peenemalt häälestatud piiri. Jätkuva arenguga loodavad teadlased leida tabamatu signaali ise.
"See analüüs näitab, et teise faasi versiooniuuendusel oli palju soovitud tulemusi ja et uued analüüsimeetodid parandavad tulevasi analüüse," ütles Pober. "Fakt, et MWA on nüüd avaldanud signaali kaks parimat piiri, annab hoogu mõttele, et sellel katsel ja selle lähenemisel on palju lubadusi."
Veel:
- Pressiteade: teadlased jõuavad kosmilisest koidikust märku andmiseni lähemale kui kunagi varem
- Uurimistöö: Esimese hooaja MWA II faasi eoR-i toitespektri tulemused Redshift 7-l
- MIT Haystacki observatoorium: Uuendamise aeg
- Kosmoseajakiri: Galaktika varajane leevenduspunkt
