Команда ученых, работающих с радиотелескопом Murchison Widefield Array (WMA), пытается найти сигнал от первых звезд Вселенной. Эти первые звезды образовались после темных веков Вселенной. Чтобы найти свой первый свет, исследователи ищут сигнал от нейтрального водорода, газа, который доминировал во Вселенной после темных веков.
Потребовалось время, чтобы сформировались первые звезды. После Большого взрыва Вселенная была чрезвычайно горячей; слишком жарко для образования атомов. Без атомов не может быть звезд. Лишь через 377 000 лет после Большого взрыва Вселенная расширилась и охладилась настолько, чтобы атомы могли образовать, в основном, нейтральный водород с небольшим количеством гелия. (И следы лития.) После этого самые ранние звезды начали формироваться, в эпоху реионизации.
Чтобы найти неуловимый сигнал от этого нейтрального водорода, MWA был перенастроен. MWA находится в отдаленной Западной Австралии, и у него было 2048 радиоантенн, расположенных в 128 «ячеек», когда он начал работу в 2013 году. Чтобы охотиться на неуловимый сигнал нейтрального водорода, число ячеек было удвоено до 256, и весь массив был переставить. Все данные с этих приемников поступают в суперкомпьютер, который называется Correlator.
Новая статья, которая будет опубликована в Astrophysical Journal, представляет результаты первого анализа данных из вновь сконфигурированного массива. Документ озаглавлен «Результаты энергетического спектра EoR фазы II первого сезона MWA на Redshift 7». Ведущий научный сотрудник - Веньян Ли, аспирант Университета Брауна.
Это исследование было направлено на понимание силы сигнала от нейтрального водорода. Анализ установил самый низкий предел для этого сигнала, что является ключевым результатом поиска самого слабого сигнала.
«Мы можем с уверенностью сказать, что если бы сигнал нейтрального водорода был сильнее, чем предел, который мы установили в статье, то телескоп его бы обнаружил», - сказал Джонатан Побер, доцент кафедры физики в Университете Брауна и соответствующий автор статьи. новая бумага. «Эти находки могут помочь нам еще больше ограничить время окончания космического темного века и появления первых звезд».
Несмотря на то, что выглядит как подробная хронология событий в ранней Вселенной, в нашем понимании есть значительные пробелы. Мы знаем, что после темных веков началась эпоха реионизации. Именно тогда образование атомов привело к появлению первых структур во Вселенной, таких как звезды, карликовые галактики и квазары. Когда эти объекты сформировались, их свет распространился по Вселенной, повторно ионизуя нейтральный водород. После этого нейтральный водород исчез из межзвездного пространства.
Ученые хотят знать, как изменился нейтральный водород, когда темные века сменились эпохой реионизации, и эпоха реионизации развернулась. Первые звезды, которые сформировались во Вселенной, были строительными блоками структуры, которую мы видим сегодня, и чтобы понять их, ученые должны найти сигнал от этого раннего нейтрального водорода.
Но это не легко. Сигнал слабый, и для его обнаружения требуются чрезвычайно чувствительные детекторы. Хотя нейтральный водород первоначально излучал свое излучение на длине волны 21 см, сигнал был растянут из-за расширения Вселенной. Сейчас около 2 метров. Этот 2-метровый сигнал теперь легко теряется среди множества других подобных сигналов, как естественных, так и техногенных. Вот почему MWA находится в отдаленной Австралии, чтобы изолировать его от как можно большего количества радиопомех.
«Все эти другие источники на много порядков сильнее сигнала, который мы пытаемся обнаружить», - сказал Побер. «Даже радиосигнала FM, который отражается от самолета, который проходит над телескопом, достаточно, чтобы загрязнить данные».
Вот тут-то и поступает вычислительная мощность суперкомпьютера Correlator. Он обладает способностью отбрасывать загрязняющие сигналы, а также учитывать природу самого MWA.
«Если мы посмотрим на разные радиочастоты или длины волн, телескоп ведет себя немного по-другому», - сказал Побер. «Корректировка отклика телескопа абсолютно необходима для разделения астрофизических загрязнений и представляющего интерес сигнала».
Реконфигурация массива, методы анализа данных, мощь суперкомпьютера и напряженная работа исследователей дали результаты. В статье представлен новый верхний предел для сигнала от нейтрального водорода. Это второй раз, когда ученые, работающие с MWA, выпустили новый, более точно настроенный лимит. С дальнейшим прогрессом ученые надеются найти сам неуловимый сигнал.
«Этот анализ демонстрирует, что модернизация второй фазы имела много желаемых результатов и что новые методы анализа улучшат будущие анализы», - сказал Побер. «Тот факт, что MWA в настоящее время публикует два наилучших ограничения сигнала, дает импульс к идее, что этот эксперимент и его подход имеют многообещающие результаты».
Больше:
- Пресс-релиз: Ученые на дюйм ближе, чем когда-либо, к сигналу космического рассвета
- Исследовательская работа: Результаты первого спектра EoR MWA фазы первого сезона в Redshift 7
- MIT Haystack Observatory: Эпоха реионизации
- Космический журнал: Ранняя галактика - эпоха реионизации
