Вселенная не всегда была таким хорошо освещенным местом. У него были свои темные века, еще во времена, когда образовались звезды и галактики. Проблема в том, что с этого периода времени через Вселенную не проходит видимый свет.
Теперь команда астрономов во главе с доктором Бенджамином МакКинли из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) и Университета Кертина используют Луну, чтобы помочь раскрыть эти секреты.
У вселенной есть свой исторический график, и для понимания этого нового исследования необходимо взглянуть на этот график. После того, как Большой Взрыв начал развиваться, прошло около 377 000 лет, когда мало что происходило. Звезды еще не сформировались, и было слишком жарко для фотонов. Этот первый отрезок времени имеет легко запоминающееся имя «Ранняя Вселенная».
На отметке 377 000 лет Вселенная достаточно остыла, чтобы стать прозрачной. В то время во Вселенной доминировали энергичные атомы водорода. По мере охлаждения водород выделяет фотоны. Фотоны этого времени известны как космический микроволновый фон (CMB). CMB напоминает большую вспышку того момента, запечатленную на фоне космоса.
377 000 лет - это место, где начались темные века, и продолжалось до отметки в 1 миллиард лет. Это называется темные века, потому что не было звезд и, конечно же, звездного света. Был свет от CMB, но он не говорит нам, что нам нужно знать. К счастью, весь этот водород, который остыл и оставил CMB для изучения астрономами, еще не был сделан. Те водороды были теперь нейтральными, но они все еще выпускали случайный фотон, и эти фотоны известны как линия вращения 21 см нейтрального водорода. Уф! Вдохни.
Что подводит нас к этому новому исследованию. Существует много исследований этого нейтрального водорода, потому что это самый многообещающий путь для изучения первых дней существования Вселенной. Проблема в том, что сигнал очень слабый, и на переднем плане он скрыт другими яркими астрофизическими объектами. Инструменты, используемые для его измерения, также вводят систематические эффекты, которые необходимо уменьшить. И это то, о чем действительно идет речь.
Авторы отмечают, что это первая из серии статей об этом исследовании. Использование отраженной от нее Луны и Млечного Пути является частью тонко настроенной калибровки, необходимой для измерения 21 см. линия спина водорода, или то, что мы будем называть светом от раннего нейтрального водорода.
Доктор Маккинли и другие исследователи используют радиотелескоп под названием Murchison Widefield Array (MWA), расположенный в тихом районе радио в пустыне Западной Австралии. MWA представляет собой интерферометр, состоящий из 256 отдельных установок, занимающих площадь 6 кв. Км. Каждый из этих 256 сайтов содержит 16 отдельных приемников, причем вся система связана между собой.
Что доктор МакКинли и его команда действительно пытаются сделать, так это использовать MWA, чтобы «сверлить» яркость Вселенной, чтобы увидеть свет нейтрального водорода в темные века. Сначала они просверливают яркость Млечного Пути, затем свет других галактик, затем CMB. Надеемся, что после всего, что было учтено, остается свет нейтрального водорода. Это исследование - начало их попытки изолировать свет от нейтрального водорода.
«Мы измерили значение средней яркости нашей Галактики в том месте, где ее скрывает Луна, чтобы показать, что техника работает». - Доктор Маккинли, ICRAR.
В этом раннем эксперименте команда использовала возможности массива Murchison Widefield для измерения колебаний средней яркости неба. Они сделали это, используя Луну, чтобы заблокировать небо. В обмене электронной почтой с журналом Space доктор Маккинли объяснил этот процесс. «Таким образом, мы используем Луну, чтобы произвести колебание относительно среднего, поместив ее в поле нашего зрения, чтобы скрыть небо. Мы предполагаем, что знаем яркость Луны (основываясь на ее температуре) и поэтому можем определить среднюю температуру неба ».
Проблема в том, что Луна также является отражающим телом. Вселенная полна радиоволн, прыгающих вокруг, и Луна отражает некоторые из них, в том числе из Млечного Пути, которые необходимо учитывать. Как говорит доктор МакКинли: «Но температура Луны определяется не только ее температурой. Он также отражает радиоволны, в том числе исходящие с Земли и идущие из космоса. Вот почему мне пришлось смоделировать Млечный Путь, отражающийся от Луны, в телескоп. Мы рассчитываем, какое отражение должно быть основано на модели Млечного Пути, а затем используем это в нашем анализе (вычитая его из яркости Луны) ».
Увлекательное изображение Млечного Пути, отраженное от Луны, - это не просто красивая картинка. Он представляет собой своего рода доказательство концепции методов измерения команды. «Мы измерили значение средней яркости нашей Галактики в том месте, где ее скрывает Луна, чтобы показать, что эта техника работает», - сказал доктор МакКинли.
Доктор Маккинли и его команда только в начале, что они надеются, будет плодотворной линией исследования. Им по-прежнему необходимо уточнить способ учета переднего и фонового излучений, чтобы изолировать ранние водородные радиоизлучения. Но если они могут, то они откроют окно на неуловимую линию вращения нейтрального водорода длиной 21 см. И если они могут наблюдать это, они надеются ответить на некоторые фундаментальные вопросы об истории Вселенной.
- Научно-исследовательская работа: «Измерение глобального 21-сантиметрового сигнала с помощью MWA-I: улучшенные измерения фона галактического синхротрона с использованием лунной окклюзии»
- Пресс-релиз ICRAR: «Луна помогает раскрыть тайны Вселенной»
- Wikipedia Entry: Хронология вселенной
