ANNONS

Studie av tidigt universum: REACH-experiment för att upptäcka svårfångade 21-cm linje från Cosmic Hydrogen 

Observation av 26 cm radiosignaler, bildade på grund av hyperfin övergång av kosmiskt väte, erbjuder ett alternativt verktyg till studiet av det tidiga universum. När det gäller den neutrala epok av spädbarnsuniversum när inget ljus sänds ut, är 26 cm linjer kanske bara fönster. Dessa rödförskjutna radiosignaler som sänds ut av kosmiskt väte i det tidiga universum är dock extremt svaga och har hittills varit svårfångade. Under 2018 rapporterade EDGE-experimentet upptäckt av 26 cm-signaler men resultaten kunde inte bekräftas oberoende. Huvudfrågan var instrumentsystematik och kontaminering med andra signaler från himlen. REACH-experimentet är att använda unik metodik för att övervinna flaskhalsen. Förhoppningen är att denna forskargrupp på ett tillförlitligt sätt ska kunna upptäcka dessa svårfångade signaler inom en snar framtid. Om det lyckas kan REACH-experimentet ta "26 cm radioastronomi" i framkant i studiet av det tidiga universum och hjälpa oss mycket att reda ut det tidiga universums mysterier. 

När det kommer till studiet av det tidiga universum, dyker namnet på det nyligen lanserade rymdteleskopet James Webb (JWST) upp i vårt sinne. JWST, en efterföljare till det enormt framgångsrika Hubble-teleskopet, är ett rymdbaserat, infrarött observatorium utrustat för att fånga optiska/infraröda signaler från de tidiga stjärnorna och galaxerna som bildades i universum strax efter Big Bang1. JWST har dock en viss begränsning när det gäller att fånga upp signaler från det tidiga universums neutrala epok.  

Tabell: Epoker i universums historia sedan Big Bang  

(Källa: Philosophy of Cosmology – 21 cm bakgrund. Finns på http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Upp till 380 k år efter big bang fylldes universum med joniserad gas och var helt ogenomskinlig. Mellan 380 400 – 400 miljoner år hade universum blivit neutralt och transparent. Återjoniseringens epok började efter den här fasen och började XNUMX miljoner efter den stora smällen.  

Under den neutrala epok av det tidiga universum, när universum var fyllt med neutrala gaser och var transparent, sändes ingen optisk signal ut (därav kallad mörkeråldern). Fackligt material avger inte ljus. Detta utgör en utmaning i studiet av det tidiga universum av neutral epok. Mikrovågsstrålning på 21 cm våglängd (motsvarande 1420 MHz) som sänds ut av det kalla, neutrala kosmiska vätet under denna epok som ett resultat av hyperfin övergång (från parallellspinn till mer stabil antiparallell spinn) erbjuder dock möjligheter för forskare. Denna 21 cm mikrovågsstrålning skulle rödförskjutas när den når jorden och kommer att observeras vid 200MHz till 10 MHz frekvenser som radiovågor2,3.  

21 cm radioastronomi: Observation av 21-centimeters kosmiska vätesignaler erbjuder ett alternativt tillvägagångssätt för studiet av det tidiga universum, särskilt av neutral epokfas som saknade all ljusemission. Detta kan också informera oss om ny fysik som fördelning av materia över tid, mörk energi, mörk materia, neutrinomassor och inflation2.  

De 21 cm-signaler som sänds ut av det kosmiska vätet under den tidiga universumfasen är dock svårfångade. Den förväntas vara extremt svag (ungefär hundra tusen gånger svagare än andra radiosignaler som också kommer från himlen). Som ett resultat är detta tillvägagångssätt fortfarande i sin linda.  

Under 2018 hade forskare rapporterat detektering av en sådan radiosignal vid en frekvens på 78 MHz vars profil i stort sett överensstämde med förväntningarna på den 21-centimeterssignal som sänds ut av det ursprungliga kosmiska vätet4. Men denna detektering av primordial 21-cm radiosignal kunde inte bekräftas oberoende, varför tillförlitligheten av experimentet inte kunde fastställas hittills. Huvudfrågan verkar vara kontaminering av radiosignalerna i förgrunden.  

Den senaste milstolpen är rapporten från Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) den 21 juli 2022. REACH kommer att använda en ny experimentell metod för att detektera dessa svaga svårfångade kosmiska radiosignaler, vilket ger ett nytt hopp om bekräftelse av 21-centimeters kosmiska signaler.  

Radioexperimentet för analys av kosmiskt väte (REACH) är ett experiment på 21 cm i himlen. Detta syftar till att förbättra observationerna genom att hantera frågor som instrument relaterade till kvarvarande systematiska signaler i data står inför. Den fokuserar på att upptäcka och gemensamt förklara systematiken tillsammans med förgrunderna och den kosmologiska signalen med hjälp av Bayesiansk statistik. Experimentet involverar samtidiga observationer med två olika antenner, ett ultrabredbandssystem (rödförskjutningsområde cirka 7.5 till 28) och en mottagarkalibrator baserad på mätningar i fält.  

Denna utveckling är betydande med tanke på dess potential att vara ett av de bästa verktygen (och kostnadseffektivt även gentemot rymdbaserade observatorier som James Webb) för studier av tidiga universum samt möjligheten att inleda ny grundläggande fysik.  

*** 

Referenser:  

  1. Prasad U., 2021. James Webb rymdteleskop (JWST): Det första rymdobservatoriet dedikerat till studiet av det tidiga universum. Vetenskaplig europeisk. Upplagt 6 november 2021. Tillgänglig på http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 
  1. Pritchard JA och Loeb A., 2012. 21 cm kosmologi under 21-talet. Reports on progress in Physics 75 086901. Tillgänglig på https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Förtryck på arXiv finns på https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf-version  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 
  1. Oxford universitet. Kosmologins filosofi – 21 cm bakgrund. Tillgänglig på http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 
  1. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. En absorptionsprofil centrerad på 78 megahertz i det himmelsgenomsnittliga spektrumet. Nature 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 
  1. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. REACH-radiometern för att detektera 21-cm vätesignalen från rödförskjutning z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  
  1. Eloy de Lera Acedo 2022. Avslöjar spädbarnsuniversums mysterier med REACH-radiometern. Finns online på  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Vetenskapsjournalist | Grundare redaktör, Scientific European magazine

Prenumerera på vårt nyhetsbrev

Uppdateras med alla de senaste nyheterna, erbjudanden och specialmeddelanden.

Mest populära artiklar

E-tatuering för att övervaka blodtrycket kontinuerligt

Forskare har designat en ny bröstlaminerad, ultratunn, 100 procent...

Covid-19-inneslutningsplan: social distansering vs. social inneslutning

Inneslutningssystemet baserat på "karantän" eller "social distansering"...

Växande neandertalhjärna i laboratoriet

Att studera neandertalarnas hjärna kan avslöja genetiska modifieringar som...
- Annons -
94,678FläktarTycka om
47,718följareFölj
1,772följareFölj
30abonnenterPrenumerera