צוות של מדענים שעובד עם טלסקופ הרדיו Murchison Widefield Array (WMA) מנסה למצוא את האות מהכוכבים הראשונים של היקום. הכוכבים הראשונים הללו נוצרו לאחר היקום זמנים אפלים . כדי למצוא את האור הראשון שלהם, החוקרים מחפשים את האות מהמימן הנייטרלי, הגז ששלט ביקום לאחר ימי החושך.
לקח זמן עד שהכוכבים הראשונים נוצרו. לאחר המפץ הגדול, היקום היה חם מאוד; חם מדי מכדי שייווצרו אטומים. ללא אטומים, לא היו כוכבים. רק כ-377,000 שנים לאחר המפץ הגדול היקום התרחב והתקרר מספיק כדי שייווצרו אטומים, בעיקר מימן ניטרלי עם מעט הליום. (ועקבות של ליתיום.) לאחר מכן, הכוכבים המוקדמים ביותר החלו להיווצר, במהלך עידן של יינון מחדש .
כדי למצוא את האות החמקמק מאותו מימן ניטרלי, ה-MWA הוגדר מחדש. ה MWA נמצאת במערב אוסטרליה המרוחקת, והיו לה 2048 אנטנות רדיו מסודרות ל-128 'אריחים' כשהחלה לפעול בשנת 2013. כדי לחפש אחר אות המימן הנייטרלי החמקמק, הוכפל מספר האריחים ל-256, והמערך כולו סודר מחדש. כל הנתונים מהמקלטים הללו מוזנים למחשב-על הנקרא המתאם.
מערך Murchison Widefield מורכב מ-256 אריחים של מקלטים. קרדיט תמונה: MWA Collaboration/Curtin University.
מאמר חדש שיתפרסם ב- Astrophysical Journal מציג את התוצאות מהניתוח הראשון של הנתונים מהמערך החדש שהוגדר. העיתון נקרא ' תוצאות MWA Phase II EoR Power Spectrum של העונה הראשונה בהיסט לאדום 7 .' החוקר הראשי הוא ווניאנג לי, דוקטורנט באוניברסיטת בראון.
מחקר זה נועד להבין את עוצמת האות מהמימן הנייטרלי. הניתוח קבע את הגבול הנמוך ביותר עד כה לאות זה, תוצאת מפתח בחיפוש אחר האות הקלוש עצמו.
'אנחנו יכולים לומר בביטחון שאם אות המימן הנייטרלי היה חזק יותר מהגבול שקבענו בעיתון, אז הטלסקופ היה מזהה אותו', אמר ג'ונתן פובר, עוזר פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת בראון ומחבר מקביל בנושא מאמר חדש. 'ממצאים אלה יכולים לעזור לנו להגביל עוד יותר את העיתוי שבו הסתיימו העידנים האפלים הקוסמיים והכוכבים הראשונים הופיעו.'
למרות מה שנראה כמו ציר זמן מפורט של אירועים ביקום המוקדם, ישנם פערים משמעותיים בהבנתנו. אנו יודעים שבעקבות התקופות האפלות, החלה עידן היינון מחדש. אז היווצרותם של אטומים הובילה להופעת המבנים הראשונים ביקום, כמו כוכבים, גלקסיות ננסיות וקוואזרים. כאשר אותם אובייקטים נוצרו, האור שלהם התפשט ביקום, מיינן מחדש את מימן ניטרלי . לאחר מכן, המימן הנייטרלי נעלם מהחלל הבין-כוכבי.
ייצוג גרפי של ההיסטוריה של היקום, מאת Djorgovski et al, (Caltech).
מדענים רוצים לדעת כיצד השתנה המימן הנייטרלי כאשר ימי החושך פינו את מקומם לתקופת היינון מחדש, ותקופת הייונוזציה התפתחה. הכוכבים הראשונים שנוצרו ביקום היו אבני בניין של המבנה שאנו רואים כיום, וכדי להבין אותם, מדענים צריכים למצוא את האות מאותו מימן נייטרלי מוקדם.
אבל זה לא קל. האות חלש, ונדרשים גלאים רגישים במיוחד כדי למצוא אותו. למרות שהמימן הנייטרלי פלט בתחילה את הקרינה שלו באורך גל של 21 ס'מ, האות נמתח עקב התפשטות היקום. עכשיו זה בערך 2 מטר. האות הזה באורך 2 מטר הולך לאיבוד בקלות בין שורה של אותות אחרים כמוהו, טבעיים ומקוריים כאחד. זו הסיבה שה-MWA נמצא באוסטרליה המרוחקת, כדי לבודד אותו מכמה שיותר רעשי רדיו.
'כל המקורות האחרים הללו חזקים בסדרי גודל רבים מהאות שאנו מנסים לזהות', אמר פובר. 'אפילו אות רדיו FM שמשתקף ממטוס שחלף במקרה מעל הטלסקופ מספיק כדי לזהם את הנתונים'.
כאן נכנס לתמונה כוח העיבוד של מחשב-העל Correlator. יש לו את הכוח להשליך אותות מזהמים, וגם להסביר את אופי ה-MWA עצמו.
תרשים של התפתחות היקום מהמפץ הגדול ועד להווה, עם שני תקופות של יינון מחדש. קרדיט: נאס'א, ESA ו-A. Feild (STScI)
'אם אנחנו מסתכלים על תדרי רדיו או אורכי גל שונים, הטלסקופ מתנהג קצת אחרת', אמר פובר. 'התיקון לתגובת הטלסקופ הוא קריטי לחלוטין כדי לבצע את ההפרדה של מזהמים אסטרופיזיים ואות של עניין.'
הקונפיגורציה מחדש של המערך, טכניקות ניתוח הנתונים, כוחו של מחשב העל והעבודה הקשה של החוקרים הביאו לתוצאות. המאמר מציג גבול עליון חדש לאות מהמימן הנייטרלי. זו הפעם השנייה שמדענים העובדים עם ה-MWA מפרסמים גבול חדש ומעודן יותר. עם המשך ההתקדמות, המדענים מקווים למצוא את האות החמקמק בעצמו.
'ניתוח זה מוכיח שלשדרוג השלב השני היו הרבה מההשפעות הרצויות שלו וכי טכניקות הניתוח החדשות ישפרו ניתוחים עתידיים', אמר פובר. 'העובדה ש-MWA פרסמה כעת גב אל גב את שני המגבלות הטובות ביותר על האות נותנת מומנטום לרעיון שלניסוי הזה ולגישה שלו יש הרבה הבטחות.'
יותר:
- הודעות לעיתונות מדענים קרובים יותר מאי פעם לאותת משחר קוסמי
- עבודת מחקר: תוצאות MWA Phase II EoR Power Spectrum של העונה הראשונה בהיסט לאדום 7
- מצפה הכוכבים של MIT Haystack: עידן של יינון מחדש
- היקום היום: גלקסי המוקדם מצביע על עידן יינון מחדש