Waarneming van 26 cm- radioseine , gevorm as gevolg van die hiperfyn oorgang van kosmiese waterstof, bied 'n alternatiewe instrument vir die studie van die vroeë heelal . Wat die neutrale tydperk van die baba- heelal betref toe geen lig uitgestraal is nie, is 26 cm-lyne moontlik slegs 'n venster. Hierdie rooiverskuifde radioseine wat deur kosmiese waterstof in die vroeë heelal uitgestraal word , is egter uiters swak en was tot dusver ontwykend. In 2018 het die EDGE-eksperiment die opsporing van 26 cm-seine gerapporteer, maar die bevindinge kon nie onafhanklik bevestig word nie. Die hoofprobleem was instrumentsistematiek en kontaminasie met die ander seine uit die lug. Die REACH-eksperiment is om 'n unieke metodologie te gebruik om die bottelnek te oorkom. Daar word gehoop dat hierdie navorsingsgroep hierdie ontwykende seine in die nabye toekoms betroubaar sal kan opspoor. Indien suksesvol, kan die REACH-eksperiment '26 cm-radiosterrekunde' na die voorgrond bring in die studie van die vroeë heelal en ons baie help om die geheime van die vroeë heelal te ontrafel.
Wanneer dit kom by die studie van die vroeë heelal , verskyn die naam van die onlangs gelanseerde James Webb-ruimteteleskoop (JWST) in ons gedagtes. JWST , 'n opvolger van die uiters suksesvolle Hubble -teleskoop, is 'n ruimte -gebaseerde, infrarooi-observatorium wat toegerus is om optiese/infrarooi seine van die vroeë sterre en sterrestelsels wat in die heelal kort na die Oerknal gevorm is, vas te lê. JWST het egter 'n paar beperkings wat betref die opvang van seine van die neutrale tydperk van die vroeë heelal.
Tabel: Epogge in die geskiedenis van die heelal sedert die Oerknal
(Bron: Filosofie van Kosmologie – 21 cm agtergrond. Beskikbaar by http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg )
Tot 380 000 jaar na die oerknal was die heelal gevul met geïoniseerde gas en was dit heeltemal ondeursigtig. Tussen 380 000 en 400 miljoen jaar het die heelal neutraal en deursigtig geword. Die tydperk van herionisasie het na hierdie fase begin, 400 miljoen jaar na die oerknal.
Gedurende die neutrale tydperk van die vroeë heelal , toe die heelal gevul was met neutrale gasse en deursigtig was, is geen optiese sein uitgestraal nie (vandaar die donker era genoem). Geïoniseerde materiaal straal nie lig uit nie. Dit bied 'n uitdaging in die studie van die vroeë heelal van die neutrale tydperk. Mikrogolfstraling met 'n golflengte van 21 cm (wat ooreenstem met 1420 MHz) wat deur die koue, neutrale kosmiese waterstof gedurende hierdie tydperk uitgestraal word as gevolg van die hiperfyn oorgang (van parallelle spin na meer stabiele anti-parallelle spin) bied egter geleenthede vir navorsers. Hierdie 21 cm mikrogolfstraling sal rooiverskuif word wanneer dit die Aarde bereik en sal waargeneem word teen frekwensies van 200 MHz tot 10 MHz as radiogolwe 2,3.
21 cm radio-astronomie: Waarneming van 21-sentimeter kosmiese waterstofseine bied 'n alternatiewe benadering tot die studie van die vroeë heelal , veral van die neutrale epogfase wat geen liguitstraling gehad het nie. Dit kan ons ook inlig oor nuwe fisika soos die verspreiding van materie oor tyd, donker energie, donker materie, neutrino-massas en inflasie 2.
Die 21 cm-seine wat deur die kosmiese waterstof gedurende die vroeë heelalfase uitgestraal word , is egter ontwykend. Daar word verwag dat dit uiters swak sal wees (ongeveer honderdduisend keer swakker as ander radioseine wat ook uit die lug uitstraal). Gevolglik is hierdie benadering nog in die kinderskoene.
In 2018 het navorsers die opsporing van so 'n radiosein teen 'n frekwensie van 78 MHz gerapporteer, waarvan die profiel grootliks ooreenstem met verwagtinge vir die 21-sentimeter sein wat deur die oerkosmiese waterstof 4 uitgestraal word . Maar hierdie opsporing van die oerkosmiese 21-cm radiosein kon nie onafhanklik bevestig word nie, daarom kon die betroubaarheid van die eksperiment tot dusver nie vasgestel word nie. Die hoofprobleem blyk kontaminasie met die voorgrond-radioseine te wees.
Die jongste mylpaal is die verslag van Radio-eksperiment vir die ontleding van kosmiese waterstof (REACH) op 21 Julie 2022. REACH sal nuwe eksperimentele benadering gebruik om hierdie swak ontwykende kosmiese radioseine op te spoor en bied dus 'n nuwe hoop vir bevestiging van 21 sentimeter kosmiese seine.
Die Radio-eksperiment vir die Analise van Kosmiese Waterstof (REACH) is 'n luggemiddelde 21 cm-eksperiment. Dit is daarop gemik om waarnemings te verbeter deur probleme te bestuur wat instrumente ondervind wat verband hou met oorblywende sistematiese seine in die data. Dit fokus op die opsporing en gesamentlike verklaring van die sistematiek saam met die voorgronde en die kosmologiese sein deur middel van Bayesiaanse statistieke. Die eksperiment behels gelyktydige waarnemings met twee verskillende antennas, 'n ultrawyebandstelsel (rooiverskuiwingsbereik ongeveer 7.5 tot 28) en 'n ontvangerkalibrator gebaseer op metings in die veld.
Hierdie ontwikkeling is betekenisvol gegewe die potensiaal daarvan om een van die beste gereedskap (en ook koste-effektief teenoor ruimtegebaseerde observatoria soos James Webb ) te wees vir die studie van die vroeë heelal , sowel as die moontlikheid om nuwe fundamentele fisika in te lui.
***
Verwysings:
- Prasad U., 2021.James Webb-ruimteteleskoop (JWST): Die eerste ruimtesterrewag gewy aan die studie van die vroeë heelal. Wetenskaplike Europese. Geplaas 6 November 2021. Beskikbaar by http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- Pritchard JA en Loeb A., 2012. 21 cm kosmologie in die 21ste eeu. Verslae oor vordering in fisika 75 086901. Beskikbaar by https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Voordruk by arXiv beskikbaar by https://arxiv.org/abs/1109.6012 pdf weergawe https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- Oxford Universiteit. Filosofie van Kosmologie – 21 cm agtergrond. Beskikbaar by http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. 'n Absorptieprofiel gesentreer op 78 megahertz in die luggemiddelde spektrum. Nature 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Die REACH-radiometer vir die opsporing van die 21-cm waterstofsein vanaf rooiverskuiwing z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. Onthulling van die geheimenisse van die baba-heelal met die REACH-radiometer. Aanlyn beskikbaar by https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
***
