Kujutise krediit: NASA
Astronoomid, kes soovivad uurida varajast universumit, seisavad silmitsi fundamentaalse probleemiga. Kuidas jälgida, mis eksisteeris „pimedal ajastul” enne, kui esimesed tähed selle valgustamiseks moodustusid? Teoreetikud Abraham Loeb ja Matias Zaldarriaga (Harvardi-Smithsoni astrofüüsika keskus) on leidnud lahenduse. Nad arvutasid välja, et astronoomid suudavad tuvastada esimesed aatomid varases universumis, otsides neile varju.
Varjude nägemiseks peab vaatleja uurima kosmilise mikrolaine tausta (CMB) - radiatsiooni, mis on jäänud rekombinatsiooni ajastust. Kui universum oli umbes 370 000 aastat vana, jahtus see piisavalt, et elektronid ja prootonid saaksid ühineda, rekombineerudes neutraalseteks vesinikuaatomiteks ja võimaldades Suure Paugu reliktilisel CMB-kiirgusel liikuda viimase 13 miljardi aasta jooksul peaaegu takistamatult üle kosmose.
Aja jooksul leidsid mõned CMB footonid vesiniku kogumeid ja neelasid. Otsides vähem footonitega piirkondi - piirkondi, mida varjutab vesinik - saavad astronoomid kindlaks teha aine jaotuse väga varajases universumis.
"Mikrolainetaevasse on trükitud tohutul hulgal teavet, mis võiks meile ülitäpseks õpetada universumi algolude kohta," ütles Loeb.
Inflatsioon ja tume aine
CMB footonite absorbeerimiseks peab vesiniku temperatuur (täpsemalt selle ergastustemperatuur) olema madalam kui CMB kiirguse temperatuur - tingimused, mis eksisteerisid alles siis, kui universum oli 20–100 miljonit aastat vana (Universumi vanus: 13,7 miljardit aastat). Juhuslikult on see ka enne tähtede või galaktikate teket, avades ainulaadse akna niinimetatud „tumedatesse ajastutesse“.
CMB varjude uurimine võimaldab astronoomidel jälgida ka palju väiksemaid struktuure, kui see oli varem võimalik, kasutades selliseid instrumente nagu Wilkinsoni mikrolaine anisotroopne sond (WMAP). Varjunditehnika abil saab vesiniku tükke tuvastada tänases universumis nii vähe kui 30 000 valgusaastat või ekvivalentselt ürgses universumis ainult 300 valgusaasta pikkust. (Mastaap on universumi laienedes suurenenud.) Selline eraldusvõime on WMAP-i eraldusvõimest 1000 korda parem.
See meetod pakub akent väga varase universumi füüsikasse, nimelt inflatsiooni ajajärku, mille jooksul arvatakse, et aine jaotuse kõikumised on tekkinud. Veelgi enam, me saime kindlaks teha, kas neutriinod või mõni tundmatu osakeste tüüp aitab oluliselt kaasa „tumeda aine” sisaldusele universumis. Need küsimused - mis juhtusid inflatsiooni ajal ja mis on tumeaine - on kaasaegse kosmoloogia põhiprobleemid, mille vastused annavad põhjaliku ülevaate universumi olemusest, “ütles Loeb.
Vaatluslik väljakutse
Vesinikuaatomid neelavad CMB footoneid spetsiifilisel lainepikkusel 21 sentimeetrit (8 tolli). Universumi laienemine venitab lainepikkust nähtuses, mida nimetatakse punanihkeks (kuna pikem lainepikkus on punasem). Seetõttu peavad astronoomid varase universumi 21-sentimeetrise neeldumise jälgimiseks uurima pikemaid lainepikkusi, mis on 6–21 meetrit (20–70 jalga) elektromagnetilise spektri raadios.
Esiplaanil olevate taevaallikate häirimise tõttu on CMB varjude jälgimine raadiolainepikkustel keeruline. Täpsete andmete kogumiseks peavad astronoomid kasutama järgmise põlvkonna raadioteleskoope, näiteks madala sagedusega massiivi (LOFAR) ja ruutkilomeetri massiivi (SKA). Ehkki vaatlused on väljakutse, on potentsiaalne tulu suur.
„Seal on teave kullakaevanduse kohta, mis ootab kaevandamist. Ehkki selle täielik avastamine võib olla eksperimentaalselt keeruline, on rahuldust pakkuv teadmine, et see on olemas ja võime proovida seda lähitulevikus mõõta, “ütles Loeb.
See uurimistöö avaldatakse eelseisvas väljaandes Physical Review Letters ja on praegu saadaval veebis aadressil http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskus, mille peakorter asub Cambridge'is, on Smithsoniani astrofüüsika vaatluskeskuse ja Harvardi kolledži vaatluskeskuse ühine koostöö. CfA teadlased, kes on jaotatud kuude uurimisosakonda, uurivad universumi päritolu, arengut ja lõplikku saatust.
Algne allikas: Harvard CfA pressiteade
