Кредитна слика: НАСА
Астрономи који желе да проучавају рани свемир суочавају се са фундаменталним проблемом. Како посматрате шта је постојало током "мрачног доба" пре него што су се формирале прве звезде да би га упале? Теоретичари Абрахам Лоеб и Матиас Залдарриага (Центар за астрофизику Харвард-Смитхсониан) нашли су рјешење. Израчунали су да астрономи могу открити прве атоме у раном свемиру тражећи сенке које бацају.
Да би видео сенке, посматрач мора проучити космичку микроталасну позадину (ЦМБ) - зрачење преостало из ере рекомбинације. Када је свемир био стар око 370.000 година, довољно се охладио да се електрони и протони могу сјединити, рекомбинујући се у неутралне атоме водоника и омогућавајући да реликвијско ЦМБ зрачење из Великог праска током готово 13 милијарди година готово неометано прође кроз космос.
Временом, неки од ЦМБ фотона наишли су на накупине водоничног гаса и били су апсорбовани. Тражећи регионе са мање фотона - регионе који су засјењени водоником - астрономи могу утврдити расподјелу материје у веома раном свемиру.
„На микроталасном небу утиснута је огромна количина информација које би нас могле подучити о почетним условима свемира са изузетном прецизношћу“, рекао је Лоеб.
Инфлација и тамна материја
Да би апсорбовали ЦМБ фотоне, температура водоника (тачније његова температура узбуђења) мора бити нижа од температуре ЦМБ зрачења - услови који су постојали само када је свемир био стар између 20 и 100 милиона година (старост Универзума: 13,7 милијарди година). Случајно је, такође, много пре формирања звезда или галаксија, отварајући јединствени прозор у такозвана „мрачна доба“.
Проучавање ЦМБ сенки такође омогућава астрономима да посматрају много мање структуре него што је то било могуће раније користећи инструменте попут сателита Вилкинсон Мицроваве Анисотропи Пробе (ВМАП). Техника сјене може открити накупине водика у само 30 000 свјетлосних година у данашњем универзуму, или еквивалентно свега 300 свјетлосних година у првобитном универзуму. (Вага је постајала све већа како се свемир шири.) Таква резолуција је фактор 1000 пута боља од резолуције ВМАП-а.
„Ова метода нуди увид у физику врло раног универзума, наиме епоху инфлације током које се верује да долази до колебања у дистрибуцији материје. Штавише, могли бисмо утврдити да ли неутрини или нека непозната врста честица значајно доприносе количини 'тамне материје' у свемиру. Ова питања - шта се догодило током епохе инфлације и шта је тамна материја - кључни су проблеми савремене космологије чији ће одговори дати фундаментални увид у природу свемира “, рекао је Лоеб.
Опсерватионал Цхалленге
Атоми водоника апсорбују ЦМБ фотоне у тачно одређеној таласној дужини од 21 центиметра (8 инча). Ширење универзума растеже таласну дужину у феномену званом црвено померање (јер је дужа таласна дужина црвена). Стога, да би посматрали апсорпцију од 21 цм из раног свемира, астрономи морају да гледају веће таласне дужине од 6 до 21 метар (20 до 70 стопа), у радио делу електромагнетног спектра.
Посматрање ЦМБ сенки на радио таласним дужинама биће тешко због ометања извора неба предњег мора. Да би прикупили тачне податке, астрономи ће морати да користе радио-телескопе нове генерације, као што су нискофреквентни низ (ЛОФАР) и квадратни километарски низ (СКА). Иако ће запажања бити изазов, потенцијална исплата је велика.
„Тамо је златни рудник информација који чека да буде издвојен. Иако његово потпуно откривање може бити експериментално изазовно, корисно је знати да оно постоји и да можемо покушати да га измеримо у блиској будућности “, рекао је Лоеб.
Ово истраживање биће објављено у наредном броју часописа Физички преглед, а тренутно је доступно на мрежи на хттп://аркив.орг/абс/астро-пх/0312134.
Са седиштем у Цамбридгеу, Массацхусеттс, Харвард-Смитхсониан Центар за астрофизику је заједничка сарадња Смитхсониан Астропхисицал Обсерватори и Харвард Цоллеге Обсерватори. Научници ЦфА, организовани у шест истраживачких одељења, проучавају порекло, еволуцију и коначну судбину универзума.
Изворни извор: Харвард ЦфА Невс Релеасе
