REKLAMA

Studie raného vesmíru: Experiment REACH k detekci nepolapitelné 21cm čáry z kosmického vodíku 

Pozorování rádiových signálů o průměru 26 cm, vzniklých v důsledku hyperjemného přechodu kosmického vodíku, nabízí alternativní nástroj ke studiu raného vesmíru. Pokud jde o neutrální epochu kojeneckého vesmíru, kdy nebylo vyzařováno žádné světlo, 26 cm čáry jsou snad jen okno. Tyto rádiové signály s červeným posunem emitované kosmickým vodíkem v raném vesmíru jsou však extrémně slabé a dosud byly nepolapitelné. V roce 2018 experiment EDGE oznámil detekci 26 cm signálů, ale zjištění nebylo možné nezávisle potvrdit. Hlavním problémem byla systematika přístroje a kontaminace ostatními signály z oblohy. Experiment REACH spočívá v použití jedinečné metodiky k překonání úzkého místa. Doufáme, že tato výzkumná skupina bude v blízké budoucnosti spolehlivě schopna detekovat tyto nepolapitelné signály. Pokud bude experiment REACH úspěšný, může přivést „26 cm radioastronomii“ do popředí ve studiu raného vesmíru a hodně nám pomoci při odhalování záhad raného vesmíru. 

Když dojde na studium raného vesmíru, v naší mysli se objeví jméno nedávno vypuštěného vesmírného teleskopu Jamese Webba (JWST). JWST, nástupce velmi úspěšného Hubbleova teleskopu, je vesmírná infračervená observatoř vybavená k zachycování optických/infračervených signálů z raných hvězd a galaxií vytvořených ve vesmíru krátce po velkém třesku.1. Nicméně, JWST má určitá omezení, pokud jde o zachycení signálů z neutrální epochy raného vesmíru.  

Tabulka: Epochy v historii vesmíru od Velkého třesku  

(Zdroj: Filosofie kosmologie – 21 cm pozadí. Dostupné na http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Až 380 tisíc let po velkém třesku byl vesmír naplněn ionizovaným plynem a byl zcela neprůhledný. Mezi 380k – 400 miliony let se vesmír stal neutrálním a průhledným. Po této fázi začala epocha reionizace počínaje 400 miliony po velkém třesku.  

Během neutrální epochy raného vesmíru, kdy byl vesmír naplněn neutrálními plyny a byl průhledný, nebyl emitován žádný optický signál (proto se nazývá temný věk). Unionizovaný materiál nevyzařuje světlo. To představuje výzvu při studiu raného vesmíru neutrální epochy. Avšak mikrovlnné záření o vlnové délce 21 cm (odpovídající 1420 MHz) emitované studeným neutrálním kosmickým vodíkem během této epochy jako výsledek hyperjemného přechodu (od paralelního spinu k stabilnějšímu antiparalelnímu spinu) nabízí výzkumníkům příležitosti. Toto 21 cm mikrovlnné záření by se po dosažení Země posunulo červeně a bude pozorováno na frekvencích 200 MHz až 10 MHz jako rádiové vlny.2,3.  

21 cm radioastronomie: Pozorování 21centimetrových signálů kosmického vodíku nabízí alternativní přístup ke studiu raného vesmíru, zejména fáze neutrální epochy, která byla bez jakékoli emise světla. To nás také může informovat o nové fyzice, jako je rozložení hmoty v čase, temná energie, temná hmota, hmotnosti neutrin a inflace.2.  

Nicméně 21cm signály emitované kosmickým vodíkem během rané vesmírné fáze jsou nepolapitelné. Očekává se, že bude extrémně slabý (asi stotisíckrát slabší než jiné rádiové signály také vycházející z oblohy). V důsledku toho je tento přístup stále v plenkách.  

V roce 2018 výzkumníci oznámili detekci takového rádiového signálu na frekvenci 78 MHz, jehož profil byl do značné míry v souladu s očekáváním pro 21centimetrový signál vyzařovaný prvotním kosmickým vodíkem.4. Tato detekce prvotního 21 cm rádiového signálu však nemohla být nezávisle potvrzena, a proto nebylo možné dosud určit spolehlivost experimentu. Zdá se, že hlavním problémem je kontaminace rádiovými signály v popředí.  

Posledním milníkem je zpráva o rádiovém experimentu pro analýzu kosmického vodíku (REACH) ze dne 21. července 2022. REACH použije nový experimentální přístup k detekci těchto chabých nepolapitelných kosmických rádiových signálů, čímž nabídne novou naději na potvrzení 21centimetrových kosmických signálů.  

Rádiový experiment pro analýzu kosmického vodíku (REACH) je experiment o průměru 21 cm. Cílem je zlepšit pozorování řízením problémů, kterým čelí nástroje související se zbytkovými systematickými signály v datech. Zaměřuje se na detekci a společné vysvětlení systematiky spolu s popředím a kosmologickým signálem pomocí Bayesovské statistiky. Experiment zahrnuje simultánní pozorování se dvěma různými anténami, ultraširokopásmovým systémem (rozsah červeného posuvu asi 7.5 až 28) a kalibrátorem přijímače na základě měření v terénu.  

Tento vývoj je významný vzhledem k jeho potenciálu být jedním z nejlepších nástrojů (a také nákladově efektivním ve srovnání s vesmírnými observatořemi, jako je James Webb) pro studium raného vesmíru, stejně jako možnost uvedení nové základní fyziky.  

*** 

Reference:  

  1. Prasad U., 2021. Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST): První vesmírná observatoř věnovaná studiu raného vesmíru. Vědecký Evropan. Zveřejněno 6. listopadu 2021. Dostupné na http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 
  1. Pritchard JA a Loeb A., 2012. 21 cm kosmologie v 21. století. Zprávy o pokroku ve fyzice 75 086901. Dostupné na https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Předtisk na arXiv k dispozici na https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf verze  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 
  1. Oxfordská univerzita. Filosofie kosmologie – 21 cm pozadí. Dostupné v http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 
  1. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. a kol. Absorpční profil se středem na 78 MHz v průměrném spektru oblohy. Příroda 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 
  1. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Radiometr REACH pro detekci 21cm vodíkového signálu z červeného posuvu z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  
  1. Eloy de Lera Acedo 2022. Odhalení záhad dětského vesmíru pomocí radiometru REACH. Dostupné online na  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Vědecký novinář | Zakladatel časopisu Scientific European

Přihlaste se k odběru našeho newsletteru

Aktualizovat se všemi nejnovějšími zprávami, nabídkami a zvláštními oznámeními.

Nejoblíbenější články

HEROES: Charita založená pracovníky NHS na pomoc pracovníkům NHS

Založena pracovníky NHS, aby pomohla pracovníkům NHS, má...

Vakcíny proti COVID-19: Závod s časem

Vývoj vakcíny proti COVID-19 je celosvětovou prioritou....

Solární observatoř, Aditya-L1 vložená na Halo-Orbit 

Sonda pro sluneční observatoř, Aditya-L1 byla úspěšně vložena na Halo-Orbit asi 1.5...
- Reklama -
94,669FanouškůLike
47,715SledujícíchNásledovat
1,772SledujícíchNásledovat