Иногда быть астрономом легко. Когда ваша небесная цель является чем-то простым и ярким, игра может быть довольно простой: наведите свой телескоп на объект и просто подождите, пока в него не попадут все сочные фотоны.
Но иногда быть астрономом сложно, например, когда вы пытаетесь изучить первые звезды, которые появятся во вселенной. Они слишком далеко и слишком слабы, чтобы их можно было увидеть непосредственно с помощью телескопов (даже сильно раскрученный космический телескоп Джеймса Уэбба сможет увидеть только первые галактики, скопления света от сотен миллиардов звезд). На сегодняшний день у нас нет никаких наблюдений за первыми звездами, что является большим обломом.
Итак, астрономы участвуют в космическом занятии.
До того, как сформировались первые звезды (точная дата неясна, потому что мы еще не наблюдали ее, но мы подозреваем, что это произошло около тринадцати миллиардов лет назад), Вселенная была почти полностью составлена из чистого, незапятнанного нейтрального водорода: одиночные электроны, связанные с отдельные протоны в идеальной гармонии.
Но затем появились первые звезды, которые излили свою высокоэнергетическую радиацию по всему космосу, наполняя вселенную обильными рентгеновскими и гамма-лучами. Это интенсивное излучение разорвало нейтральный водород, превратив его в тонкую, но горячую плазму, которую мы видим в современной вселенной. Этот процесс, известный как Эпоха Реионизации, начинался с маленьких пятен, которые в конечном итоге росли, охватывая космос, как куча странных пузырьков.
Все это увлекательно, но как астрономы могут обнаружить этот процесс? Они могут сделать это с помощью небольшого трюка с нейтральным водородом: он излучает с очень частой частотой 1420 МГц, что соответствует длине волны 21 сантиметра. До того, как появились первые звезды, нейтральный газ откачивал это излучение в 21 см под нагрузкой ковша, и сигнал постепенно уменьшался по мере того, как Вселенная становилась плазмой.
Похоже на план, за исключением того, что: а) этот сигнал невероятно слаб, и б) баджиллион других вещей во вселенной испускает излучение на аналогичных частотах, в том числе наши радиостанции на Земле.
Для распутывания раздражающего шума от сочного космологического сигнала требуется множество данных и просеивание астрономического стога сена для иглы длиной 21 см. В настоящее время у нас нет возможности сделать обнаружение - нам придется ждать радиотелескопов следующего поколения, таких как Квадратный километраж, - но современные обсерватории, такие как Мурчисонский широкоугольный массив в Западной Австралии, закладывают все необходимые основы.
Включая передачу 200 ТБ данных за первый проход, который в настоящее время анализируется некоторыми из самых мощных суперкомпьютеров в мире.
