Група науковців, які працюють з радіотелескопом Широкосмуговий масив антен Мерчісона (Murchison Widefield Array, WMA), намагається знайти сигнал від перших зір у Всесвіті. Ці зорі сформувалися після закінчення Темних віків Всесвіту. Щоб знайти світло перших зір, дослідники шукають сигнал від нейтрального водню, газу, яким наповнився Всесвіт після Темних віків.

 Від початку Всесвіту минув певний час, щоб утворилися перші зорі. Після Великого Вибуху Всесвіт був дуже гарячим; занадто гарячим, щоб утворилися атоми. Без атомів не могло бути жодної зорі. Лише приблизно через 377 000 років після Великого Вибуху Всесвіт розширився і охолов так, що в ньому утворилися атоми, головно нейтрального водню, невелика кількість гелію й дуже мало літію. Після цього, в епоху Реонізації, почали утворюватися найперші зорі.

Щоб знайти невловимий сигнал цього нейтрального водню, переналаштовано телескоп MWA. Він міститься у віддаленому районі Західної Австралії. Коли він став до ладу в 2013 році, то мав 2048 радіоантен, зосереджених на 128 «майданчиках». Для полювання на невловимий сигнал нейтрального водню кількість майданчиків збільшили вдвічі до 256, а масив антен переналаштованно. Усі дані з приймачів антен надходять у суперкомп’ютер під назвою Корелятор (Correlator).

Радіотелескоп Murchison Widefield Array утворюють 256 окремих ділянок з антенами. Фото з сайту www.universetoday.com.

У новій роботі, результати якої має оприлюднити Astrophysical Journal, науковці виконали аналіз перших даних, отриманих з допомогою недавно переналаштованого масиву антен. Її головним автором є ​​Веньянґ Лі (Wenyang Li), постдокторант Браунського університету в США.

Дослідження було спрямоване на розуміння сили сигналу від нейтрального водню. Аналіз дав змогу встановити найнижчу межу для такого сигналу, головний фактор для пошуку найслабшого сигналу.

«Ми можемо з упевненістю стверджувати, що якби сигнал нейтрального водню був сильнішим за межу, яку ми встановили в дослідженні, то телескоп його б виявив», — сказав Джонатан Побер (Jonathan Pober), доцент кафедри фізики в Браунському університеті й також автор статті. «Цей результат може допомогти нам ще більше обмежити терміни, коли закінчуються космічні Темні віки і з’являються перші зорі».

Хоча, на перший погляд, астрономи мають докладний «сценарій» подій раннього Всесвіту, в ньому є суттєві прогалини. Ми знаємо, що після Темних віків почалася епоха реіонізації. Тобто коли, після утворення атомів, виникли перші структури у Всесвіті, такі як зорі, карликові галактики та квазари. В міру формування цих об’єктів їх світло поширювалося по Всесвіту, повторно іонізуючи нейтральний водень. Після цього нейтральний водень зник з міжзоряного простору.

Схема, що ілюструє історію Всесвіту. Фото з сайту www.universetoday.com.

Науковці хочуть знати, як змінювався нейтральний водень, коли Темні віки поступалися місцем епосі реіонізації та в той час, коли ця епоха розгорталася. Перші зорі, що виникли у Всесвіті, були будівельними блоками структури, яку ми бачимо нині, і щоб зрозуміти її, вченим потрібно знайти сигнал від того раннього нейтрального водню.

Діаграма еволюції Всесвіту від Великого Вибуху до нашого часу з двома епохами реіонізації. Фото з сайту www.universetoday.com.

Але це непросто. Сигнал слабкий, і для його реєстрації потрібні надзвичайно чутливі детектори. Хоча нейтральний водень спочатку випромінював на довжині хвилі 21 см, внаслідок розширення Всесвіту нині цей сигнал має довжину хвилі близько 2 метрів. На тлі багатьох інших сигналів, як природного походження, так і створених людиною, нині його виявити складно. Ось чому радіотелескоп MWA розмістили у віддаленій частині Австралії, щоб ізолювати його від якомога більшої кількості радіозавад.

«Усі інші джерела на багато сильніші за сигнал, який ми намагаємось виявити», — сказав Побер. «Навіть FM-радіосигналу, який відбивається від літака, що пролітає над телескопом, достатньо для забруднення даних». В цій справі сильно допомагає обробка сигналу з допомогою суперкомп’ютера Correlator. Він має можливість відкидати радіошум, а також враховувати особливості самого MWA.

«Якщо ми подивимось на різні радіочастоти або довжину хвилі, телескоп поводиться трохи інакше», — сказав Побер. «Виправлення реакції телескопа є абсолютно важливим для того, щоб зробити розподіл астрофізичних забруднень та сигналу, який нас цікавить».

Переналаштування масиву антен, методи аналізу даних, потужність суперкомп’ютера та наполеглива робота дослідників дали результати. У статті наведено ​​нове значення верхньої межі для сигналу від нейтрального водню. Це вдруге, коли науковці, що працюють з радіотелескопом MWA, оприлюднюють нову, більш чітко встановлену межу. Постійно просуваючись на цьому шляху, дослідники сподіваються знайти й сам невловимий сигнал.

«Виконаний аналіз демонструє, що другий етап оновлення телескопа дав багато бажаних ефектів і що нові методи аналізу покращать майбутній результат», — сказав Побер. «Той факт, що завдяки MWA оприлюднено два найкращих значення межі сигналу, дає надію сподіватися на успіх цих досліджень».

За інф. з сайту www.universetoday.com