Близько 12 мільярдів років тому Всесвіт вийшов з великого космічного темного століття, коли запалилися перші зірки і галактики. Завдяки новому аналізу даних, зібраних радіотелескопом Murchison Widefield Array (MWA), вчені тепер як ніколи близькі до виявлення ультра-слабкої сигнатури цього поворотного моменту в космічній історії.
У документі на сервері препринтів ArXiv, який незабаром буде опублікований в Astrophysical Journal, дослідники представляють перший аналіз даних з нової конфігурації MWA, спеціально призначеної для пошуку сигналу нейтрального водню, газу, який домінував у всесвіті під час темного століття.
Аналіз встановлює нову межу - найнижчу межу - для сили сигналу нейтрального водню.
Незважаючи на його важливість у космічній історії, мало що відомо про період утворення перших зірок, який відомий як Епоха реіонізації (EoR). Першими атомами, які утворилися після Великого вибуху, були позитивно заряджені іони водню - атоми, електрони яких були відірвані енергією юного Всесвіту.
У міру охолодження і розширення Всесвіту атоми водню возз'єднувалися зі своїми електронами, утворюючи нейтральний водень. І це майже все, що було у всесвіті до 12 мільярдів років тому, коли атоми почали збиратися разом, утворюючи зірки і галактики. Світло від цих об'єктів повторно іонізувало нейтральний водень, змушуючи його значною мірою зникати з міжзоряного простору.
Мета таких проектів, як MWA, - знайти сигнал про нейтральний водень з темних століть і виміряти, як він змінився в міру розгортання EoR. Це може відкрити нову і важливу інформацію про перші зірки - будівельні блоки всесвіту, які ми бачимо сьогодні.
Але вловити будь-який проблиск цього сигналу віком 12 мільярдів років - важке завдання, що вимагає інструментів з винятковою чутливістю.
Коли телескоп почав працювати в 2013 році, MWA являв собою масив з 2048 радіоантен, встановлених у віддаленій сільській місцевості Західної Австралії. Антени об'єднані в 128 «осередків», сигнали яких об'єднуються суперкомп'ютером, званим Корелятором.
У 2016 році кількість осередків було подвоєно до 256, а їх конфігурація по всьому ландшафту була змінена, щоб поліпшити їх чутливість до сигналу нейтрального водню. Нове дослідження є першим аналізом даних з розширеного масиву.
Нейтральний водень випускає випромінювання на довжині хвилі 21 сантиметр. Оскільки Всесвіт розширився за останні 12 мільярдів років, сигнал від EoR тепер розтягнувся приблизно до 2 метрів, і це те, що шукають астрономи MWA.
Проблема в тому, що існує безліч інших джерел, які випромінюють на тій же довжині хвилі - антропогенні джерела, такі як цифрове телебачення, а також природні джерела з Чумацького Шляху і з мільйонів інших галактик.
Щоб зосередитися на сигналі, дослідники використовують безліч технологій обробки, щоб відсіяти ці забруднювачі. Водночас вони враховують унікальні частотні характеристики самого телескопа.
Ці методи аналізу даних у поєднанні з розширеною пропускною здатністю самого телескопа призвели до нової верхньої межі потужності сигналу EoR. Це другий послідовний аналіз найкращих граничних значень, який буде опублікований MWA, і він вселяє надію, що експеримент одного разу виявить невловимий сигнал EoR.