يحاول فريق من العلماء الذين يعملون مع التلسكوب الراديوي Murchison Widefield Array (WMA) العثور على إشارة من النجوم الأولى للكون. تشكلت تلك النجوم الأولى بعد العصور المظلمة للكون. للعثور على ضوءهم الأول ، يبحث الباحثون عن إشارة من الهيدروجين المحايد ، الغاز الذي سيطر على الكون بعد العصور المظلمة.
استغرق تكوين النجوم الأولى بعض الوقت. بعد الانفجار العظيم ، كان الكون ساخنًا للغاية. ساخنة جدًا بحيث لا تتشكل الذرات. بدون ذرات ، لا يمكن أن تكون هناك نجوم. لم يكن الكون قد توسع وتبريد بما يكفي لتشكيل الذرات ، معظمها هيدروجين محايد مع القليل من الهيليوم حتى حوالي 377000 سنة بعد الانفجار العظيم. (وآثار الليثيوم.) بعد ذلك ، بدأت النجوم الأولى في التكون ، خلال عصر Reionization.
للعثور على إشارة بعيدة المنال من هذا الهيدروجين المحايد ، تم إعادة تشكيل MWA. يوجد MWA في غرب أستراليا النائية ، وكان به 2048 هوائيًا لاسلكيًا مرتبًا في 128 "بلاطة" عندما بدأ تشغيله في عام 2013. للبحث عن إشارة الهيدروجين المحايدة بعيد المنال ، تضاعف عدد البلاطات إلى 256 ، وكان الصفيف بأكمله معاد ترتيبها. يتم تغذية جميع البيانات من أجهزة الاستقبال هذه إلى كمبيوتر فائق يسمى Correlator.
تقدم ورقة جديدة تنشر في مجلة Astrophysical Journal نتائج التحليل الأول للبيانات من المصفوفة المكونة حديثًا. عنوان الورقة "نتائج الموسم الأول من طيف الطاقة MWA المرحلة الثانية من MWA في Redshift 7." الباحث الرئيسي هو Wenyang Li ، طالب دكتوراه في جامعة براون.
يهدف هذا البحث إلى فهم قوة الإشارة من الهيدروجين المحايد. وضع التحليل الحد الأدنى حتى الآن لهذه الإشارة ، وهي نتيجة رئيسية في البحث عن الإشارة الباهتة نفسها.
قال جوناثان بوبر ، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة براون والمؤلف المقابل في كتاب براون: "يمكننا القول بثقة أنه إذا كانت إشارة الهيدروجين المحايدة أقوى من الحد الذي حددناه في الورقة ، لكان التلسكوب قد اكتشفها". ورقة جديدة. "هذه النتائج يمكن أن تساعدنا على زيادة تقييد توقيت انتهاء العصور الكونية المظلمة وظهور النجوم الأولى."
على الرغم مما يبدو كخط زمني مفصل للأحداث في أوائل الكون ، هناك فجوات كبيرة في فهمنا. نحن نعلم أنه بعد العصور المظلمة ، بدأت حقبة إعادة التأيين. كان ذلك عندما أدى تكوين الذرات إلى ظهور الهياكل الأولى في الكون ، مثل النجوم والمجرات القزمة والكوازارات. عندما تشكلت هذه الأجسام ، انتشر ضوءها عبر الكون ، وأعاد تأين الهيدروجين المحايد. بعد ذلك ، اختفى الهيدروجين المحايد من الفضاء بين النجوم.
يريد العلماء أن يعرفوا كيف تغير الهيدروجين المحايد مع إفساح العصور المظلمة الطريق لعصر إعادة التأيين ، وتكشف عصر إعادة التأيين. كانت النجوم الأولى التي تشكلت في الكون هي لبنات البناء التي نراها اليوم ، وفهمها ، يحتاج العلماء إلى العثور على إشارة من هذا الهيدروجين المحايد المبكر.
لكن هذا ليس سهلا. الإشارة ضعيفة ، وتحتاج إلى أجهزة كشف حساسة للغاية للعثور عليها. على الرغم من أن الهيدروجين المحايد ينبعث في البداية إشعاعه عند طول موجي 21 سم ، فقد تم تمديد الإشارة بسبب توسع الكون. يبلغ ارتفاعها الآن مترين. يتم فقدان هذه الإشارة التي يبلغ قطرها 2 متر بسهولة بين مجموعة من الإشارات الأخرى مثلها ، سواء الطبيعية أو البشرية. هذا هو السبب في أن MWA في أستراليا النائية ، لعزلها عن أكبر قدر ممكن من الضوضاء اللاسلكية.
وقال بوبير "إن جميع هذه المصادر الأخرى أقوى بكثير من الإشارة التي نحاول اكتشافها". "حتى إشارة راديو FM المنعكسة من طائرة تصادف أنها تمر فوق التلسكوب كافية لتلوث البيانات."
هذا هو المكان الذي تأتي فيه قوة المعالجة للحاسوب الفائق Correlator. ولديه القدرة على التخلص من الإشارات الملوثة ، وكذلك على حساب طبيعة MWA نفسها.
قال بوبير: "إذا نظرنا إلى ترددات راديو أو أطوال موجية مختلفة ، فإن التلسكوب يتصرف بشكل مختلف قليلاً". "يعد تصحيح استجابة التلسكوب أمرًا بالغ الأهمية لفصل الملوثات الفيزيائية الفلكية وإشارة الاهتمام".
أعادت إعادة تشكيل المصفوفة ، وتقنيات تحليل البيانات ، وقوة الحاسوب الفائق ، والعمل الشاق للباحثين النتائج. تقدم الورقة الحد الأعلى الجديد للإشارة من الهيدروجين المحايد. هذه هي المرة الثانية التي يصدر فيها العلماء الذين يعملون مع وزارة شؤون المرأة حدًا جديدًا أكثر دقة. مع التقدم المستمر ، يأمل العلماء في العثور على إشارة مراوغة في حد ذاتها.
قال بوبير: "يوضح هذا التحليل أن ترقية المرحلة الثانية كان لها الكثير من الآثار المرجوة منها وأن تقنيات التحليل الجديدة ستحسن التحليلات المستقبلية". "حقيقة أن وزارة شؤون المرأة نشرت الآن بالتعاقب أفضل حدين على الإشارة يعطي زخما لفكرة أن هذه التجربة ونهجها لها الكثير من الوعود."
أكثر:
- بيان صحفي: يقترب العلماء أكثر من أي وقت مضى للإشارة من الفجر الكوني
- ورقة بحثية: نتائج الطيف الثاني لطاقة الطاقة في المرحلة الأولى من MWA في Redshift 7
- مرصد MIT Haystack: عصر إعادة التأيين
- مجلة الفضاء: عصر المجرة المبكرة يشير إلى التأين
