РЕКЛАМА

Изследване на ранната вселена: Експеримент REACH за откриване на неуловима 21-сантиметрова линия от космическия водород 

НОВИНИ НА КРАТКОИзследване на ранната вселена: Експеримент REACH за откриване на неуловима 21-сантиметрова линия от космическия водород 

Наблюдението на 26 cm радиосигнали, образувани поради свръхфин преход на космически водород, предлага алтернативен инструмент за изследване на ранната вселена. Що се отнася до неутралната епоха на детската вселена, когато не е излъчвана светлина, 26 cm линии са може би само прозорец. Въпреки това, тези радиосигнали с червено изместване, излъчвани от космическия водород в ранната вселена, са изключително слаби и досега неуловими. През 2018 г. експериментът EDGE съобщи за откриване на 26 cm сигнали, но констатациите не можаха да бъдат независимо потвърдени. Основният проблем беше систематичността на инструмента и замърсяването с другите сигнали от небето. Експериментът REACH е да използва уникална методология за преодоляване на пречките. Надяваме се, че тази изследователска група ще може надеждно да открие тези неуловими сигнали в близко бъдеще. Ако бъде успешен, експериментът REACH може да изведе „26 cm радиоастрономия“ на преден план в изследването на ранната вселена и да ни помогне много в разкриването на мистериите на ранната вселена. 

Когато става въпрос за изследване на ранната вселена, името на наскоро изстреляния космически телескоп Джеймс Уеб (JWST) изскача в съзнанието ни. JWST, наследник на изключително успешния телескоп Хъбъл, е космическа инфрачервена обсерватория, оборудвана да улавя оптични/инфрачервени сигнали от ранните звезди и галактики, образувани във Вселената скоро след Големия взрив1. Въпреки това JWST има известно ограничение, що се отнася до улавянето на сигнали от неутралната епоха на ранната вселена.  

Таблица: Епохи в историята на Вселената след Големия взрив  

Време/фаза след Големия взрив (в години)  Епоха Ключови събития/характеристики  
0 - 380,000 инфлация  Вселена, пълна с йонизиран газ и напълно непрозрачна  
380,000 400 – XNUMX милиона  Неутрална епоха  Вселената става неутрална и прозрачна; не се излъчва светлина, защото атомите не са йонизирани; Първи звезди и образувани структури. Космически микровълнов фон (CMB), отделен от космическия газ 400,000 26 години след Големия взрив. Студените неутрални космически водородни атоми излъчват микровълново лъчение с 26 cm дължина на вълната поради свръхфин преход. Червено изместената XNUMX-сантиметрова космическа водородна линия, ако бъде избрана на Земята сега, може да даде информация за първите милиарди години на Вселената, период, когато са се образували първите звезди и галактики, период, който е практически ненаблюдавана мистерия.  
400 милиона – 1 милиард  Епоха на рейонизация  Галактиките и квазерите започват да се формират, започвайки рейонизация  
I милиард – 9 милиарда   Рейонизацията е завършена; 10% непрозрачност, галактиките се развиват, тъмната енергия започва да ускорява разширяването на пространството 
9 милиарда   Формите на слънчевата система  
13.8 милиарда   Представяне  

(Източник: Философия на космологията – 21 см фон. Наличен на http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

До 380 380 години след големия взрив Вселената е била пълна с йонизиран газ и е била напълно непрозрачна. Между 400k – 400 милиона години Вселената е станала неутрална и прозрачна. Епохата на реионизацията започна след тази фаза, започвайки XNUMX милиона след големия взрив.  

По време на неутралната епоха на ранната вселена, когато вселената е била пълна с неутрални газове и е била прозрачна, не е бил излъчван оптичен сигнал (оттук и наречена тъмна епоха). Съюзният материал не излъчва светлина. Това представлява предизвикателство при изучаването на ранната Вселена от неутрална епоха. Въпреки това, микровълновото лъчение с дължина на вълната 21 cm (съответстващо на 1420 MHz), излъчвано от студения, неутрален космически водород през тази епоха в резултат на свръхфин преход (от паралелно въртене към по-стабилно анти-паралелно въртене), предлага възможности на изследователите. Това 21 cm микровълново лъчение ще бъде изместено в червено при достигане на Земята и ще се наблюдава при честоти от 200 MHz до 10 MHz като радиовълни2,3.  

21 cm радиоастрономия: Наблюдението на 21-сантиметрови космически водородни сигнали предлага алтернативен подход към изследването на ранната вселена, особено на фазата на неутралната епоха, която е била лишена от каквото и да е излъчване на светлина. Това също може да ни информира за нова физика като разпределение на материята във времето, тъмна енергия, тъмна материя, маси на неутрино и инфлация2.  

Въпреки това, 21-сантиметровите сигнали, излъчвани от космическия водород по време на ранната фаза на вселената, са неуловими. Очаква се да бъде изключително слаб (около сто хиляди пъти по-слаб от други радиосигнали, също излъчващи се от небето). В резултат на това този подход е все още в ранна детска възраст.  

През 2018 г. изследователите докладваха за откриване на такъв радиосигнал на честота от 78 MHz, чийто профил до голяма степен съответстваше на очакванията за 21-сантиметровия сигнал, излъчван от първичния космически водород4. Но това откриване на първичен 21-сантиметров радиосигнал не може да бъде независимо потвърдено, следователно надеждността на експеримента не може да бъде установена досега. Основният проблем изглежда е замърсяването с радиосигналите на преден план.  

Последният крайъгълен камък е докладът за радио експеримента за анализ на космическия водород (REACH) на 21 юли 2022 г. REACH ще използва нов експериментален подход за откриване на тези слаби неуловими космически радиосигнали, като по този начин предлага нова надежда за потвърждение на 21-сантиметрови космически сигнали.  

Радиоекспериментът за анализ на космическия водород (REACH) е средно небесен 21-сантиметров експеримент. Това има за цел да подобри наблюденията чрез управление на проблеми, пред които са изправени инструментите, свързани с остатъчни систематични сигнали в данните. Той се фокусира върху откриването и съвместното обяснение на систематиката заедно с предния план и космологичния сигнал, използвайки байесова статистика. Експериментът включва едновременни наблюдения с две различни антени, ултрашироколентова система (диапазон на червено отместване около 7.5 до 28) и калибратор на приемника, базиран на измервания на място.  

Това развитие е важно, като се има предвид потенциалът му да бъде един от най-добрите инструменти (и твърде рентабилен в сравнение с космически базирани обсерватории като Джеймс Уеб) за изследване на ранната вселена, както и възможността за въвеждане на нова фундаментална физика.  

*** 

Литература:  

  1. Prasad U., 2021. Космически телескоп на Джеймс Уеб (JWST): Първата космическа обсерватория, посветена на изследването на ранната Вселена. Научен европеец. Публикувано на 6 ноември 2021 г. Налично на https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 
  1. Pritchard JA и Loeb A., 2012. 21 cm космология през 21 век. Доклади за напредъка във физиката 75 086901. Наличен на https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Предварителен печат в arXiv, достъпен на https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf версия  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 
  1. Оксфордския университет. Философия на космологията – 21 см фон. Наличен в http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 
  1. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Профил на поглъщане, центриран на 78 мегахерца в осреднения за небето спектър. Nature 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 
  1. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Радиометърът REACH за откриване на 21-cm водороден сигнал от червено отместване z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  
  1. Eloy de Lera Acedo 2022. Разкриване на мистериите на детската Вселена с радиометъра REACH. Предлага се онлайн на  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

*** 

Умеш Прасад
Умеш Прасадhttps://www.UmeshPrasad.org
Главен редактор, Scientific European

Абонирай се за нашия бюлетин

Да се ​​актуализира с всички най-нови новини, оферти и специални съобщения.

- Реклама -

Най-популярни статии

Нова комбинирана терапия за болестта на Алцхаймер: опити с животни показват окуражаващи резултати

Проучването показва нова комбинирана терапия от две растителни...

Декодиран геном на папрат: Надежда за устойчивост на околната среда

Отключването на генетичната информация на папрат може да осигури...

COVID-19 в Англия: оправдано ли е премахването на мерките по план Б?

Правителството в Англия наскоро обяви вдигане на плана...
- Реклама -
99,805Феновекато
69,906последователиСледвай ни
6,333последователиСледвай ни
31АбонатиЗапиши се