"Το πρώτο Φως του Σύμπαντος"

 Ένα σήμα που εντοπίστηκε από μια επική, κοσμική καμπή στο Σύμπαν...

Η συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων Murchison Widefield Array, ένα τμήμα του οποίου απεικονίζεται εδώ, αναζητά ένα σήμα το οποίο εκπέμφθηκε κατά τη διάρκεια του σχηματισμού των πρώτων αστεριών στο σύμπαν. Εικόνα: Goldsmith / MWA Collaboration / Curtin University

"Όλες αυτές οι διαφορετικές πηγές είναι πολλές τάξεις μεγέθους ισχυρότερες από το σήμα που προσπαθούμε να εντοπίσουμε. Ακόμα και ένα ραδιοφωνικό σήμα της μπάντας των FM το οποίο αντανακλάται από ένα αεροπλάνο που τυχαίνει να περνάει πάνω από το τηλεσκόπιο είναι αρκετό για να μολύνει τα δεδομένα ", δήλωσε ο Jonathan Pober, βοηθός καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Brown και μέλος της ομάδας η οποία ασχολείται με μια νέα ανάλυση δεδομένων τα οποία συλλέχθηκαν από τη συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων Murchison Widefield Array (MWA), φέρνοντας τους επιστήμονες πιο κοντά από ποτέ στο να ανιχνεύσουν την εξαιρετικά αμυδρή υπογραφή ενός επικού σημείου καμπής στην συμπαντική ιστορία όταν πλέον σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες.

Περίπου 12 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, το σύμπαν αναδύθηκε μέσα από μια μεγάλη κοσμική σκοτεινή εποχή, καθώς έλαμψαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες. Με μια νέα ανάλυση των δεδομένων τα οποία συλλέχθηκαν από τη συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων* Murchison Widefield Array (MWA), οι επιστήμονες είναι πλέον πιο κοντά από ποτέ στην ανίχνευση της εξαιρετικά αμυδρής υπογραφής αυτού του σημείου καμπής στην ιστορία του σύμπαντος.

Σε ένα paper το οποίο δημοσιεύτηκε στον ιστότοπο προδημοσίευσης ArXiv, και σύντομα θα δημοσιευτεί στον ιστότοπο The Astrophysical Journal, οι ερευνητές παρουσιάζουν την πρώτη ανάλυση των δεδομένων από μια νέα διαμόρφωση του MWA η οποία σχεδιάστηκε ειδικά για να αναζητήσει κάποιο σήμα από ουδέτερο Υδρογόνο, το αέριο εκείνο το οποίο κυριάρχησε στο σύμπαν κατά τη διάρκεια της λεγόμενης κοσμικής σκοτεινής εποχής. Η ανάλυση θέτει ένα νέο όριο - το χαμηλότερο όριο μέχρι στιγμής - για την αντοχή του σήματος για το ουδέτερο  Υδρογόνο.

"Μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι εάν το ουδέτερο Υδρογόνο ήταν πιο ισχυρό από το όριο που θέσαμε στο paper, τότε το τηλεσκόπιο θα το ανίχνευε", δήλωσε ο Pober, ο υπεύθυνος για την αλληλογραφία συγγραφέας στο νέο paper o οποίος εργάζεται στο πεδίο της λεγόμενης "Κοσμολογίας των 21 εκατοστών" (21 cm cosmology) - ένα πρόγραμμα έρευνας για την παρατήρηση του ουδέτερου Υδρογόνου από το πρώιμο σύμπαν μέσω της εξαιρετικά λεπτής γραμμής εκπομπής των 21 εκατοστών. "Τα ευρήματα αυτά μπορούν να μας βοηθήσουν να περιορίσουμε περαιτέρω το χρονικό σημείο της λήξης των κοσμικών σκοτεινών εποχών και της εμφάνισης των πρώτων αστεριών".

Η έρευνα διεξήχθη με επικεφαλής τον Wenyang Li, ο οποίος εκτέλεσε το έργο ως διδακτορικός (Ph.D.) φοιτητής στο πανεπιστήμιο Brown. Οι Li και Pober συνεργάστηκαν με μια διεθνή ομάδα ερευνητών που συνεργάζονται με τη συστοιχία MWA.

Παρά τη σπουδαιότητά του στην συμπαντική ιστορία, λίγα είναι γνωστά για την περίοδο που σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια, η οποία είναι γνωστή ως η εποχή του επανιονισμού (Epoch of Reionization - EoR). Τα πρώτα άτομα που σχηματίστηκαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ήταν θετικά φορτισμένα ιόντα Υδρογόνου - άτομα των οποίων τα ηλεκτρόνια απογυμνώθηκαν από την ενέργεια του νεογέννητου σύμπαντος. Καθώς λοιπόν το σύμπαν ψύχθηκε και επεκτάθηκε (βλ. Διαστολή του Σύμπαντος), τα άτομα του Υδρογόνου επανασυνδέθηκαν με τα ηλεκτρόνια τους για να σχηματίσουν ουδέτερο Υδρογόνο. Και αυτό είναι ακριβώς ό,τι υπήρχε στο σύμπαν μέχρι πριν από περίπου 12 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν τα άτομα άρχισαν να ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν αστέρες και γαλαξίες. Το φως από τα αντικείμενα αυτά προκάλεσε Επανιονισμό στο ουδέτερο Υδρογόνο, προκαλώντας την εξαφάνισή του σε μεγάλο βαθμό από τον διαστρικό χώρο.

Ο στόχος των έργων αυτών όπως αυτό που συμβαίνει στο MWA, είναι να εντοπιστεί το σήμα του ουδέτερου Υδρογόνου από τις σκοτεινές εποχές, και να μετρηθεί ο τρόπος με τον οποίο άλλαξε καθώς πλέον ήταν σε εξέλιξη η εποχή του Επανιονισμού (EoR). Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να αποκαλύψει νέες και κρίσιμες πληροφορίες για τα πρώτα αστέρια - τα δομικά στοιχεία του σύμπαντος που βλέπουμε σήμερα. Αλλά η κατανόηση αυτού του σήματος, το οποίο έχει ηλικία 12 δισεκατομμύρια χρόνια, είναι ένα δύσκολο έργο το οποίο απαιτεί όργανα με εξαιρετική ευαισθησία.

Όταν το 2013 άρχισε να λειτουργεί, το MWA ήταν μια σειρά από 2.048 ράδιο-κεραίες οι οποίες ήταν τοποθετημένες σε όλη την απομακρυσμένη ύπαιθρο της Δυτικής Αυστραλίας. Οι κεραίες είναι συνδυασμένες σε 128 "πλακίδια", τα σήματα των οποίων συνδυάζονται από έναν υπερυπολογιστή ο οποίος ονομάζεται Correlator. Το 2016, ο αριθμός των πλακιδίων διπλασιάστηκε στα 256 και η διαμόρφωσή τους στο τοπίο άλλαξε για να βελτιώσει την ευαισθησία τους στο ουδέτερο Υδρογόνο. Αυτό το νέο paper είναι η πρώτη ανάλυση των δεδομένων από την διευρυμένη αυτή συστοιχία.

Το ουδέτερο Υδρογόνο εκπέμπει ακτινοβολία σε μήκος κύματος 21 εκατοστών. Καθώς το σύμπαν έχει διασταλεί τα τελευταία 12 δισεκατομμύρια χρόνια, το σήμα από την εποχή του Επανιονισμού πλέον εκτείνεται σε περίπου 2 μέτρα, και αυτό είναι που αναζητούν οι αστρονόμοι της συστοιχίας MWA. Το πρόβλημα είναι ότι υπάρχουν πολλές άλλες πηγές που εκπέμπουν στο ίδιο μήκος κύματος - πηγές από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η ψηφιακή τηλεόραση, καθώς και φυσικές πηγές μέσα από το Γαλαξία μας καθώς και από εκατομμύρια άλλους γαλαξίες.

Για να ανακτήσουν, ή έστω να προσεγγίσουν αν θέλετε το σήμα αυτό, οι ερευνητές χρησιμοποιούν μια μυριάδα τεχνικών επεξεργασίας για την εξάλειψη αυτών των ρύπων. Ταυτόχρονα, βασίζονται στις μοναδικές αποκρίσεις συχνότητας του ίδιου του τηλεσκοπίου.

"Αν κοιτάξουμε σε διαφορετικές ραδιοσυχνότητες ή μήκη κύματος, το τηλεσκόπιο συμπεριφέρεται λίγο διαφορετικά", δήλωσε ο Pober. "Η διόρθωση για την απόκριση των τηλεσκοπίων είναι απολύτως κρίσιμη για το διαχωρισμό των αστροφυσικών ρύπων και του σήματος που μας ενδιαφέρει ."

Αυτές οι τεχνικές ανάλυσης δεδομένων σε συνδυασμό με την ενισχυμένη χωρητικότητα του ίδιου του τηλεσκοπίου είχαν ως αποτέλεσμα ένα νέο, ανώτερο όριο της ισχύος του σήματος EoR, που είπαμε ότι σημαίνει Εποχή του Επανιονισμού. Είναι η δεύτερη διαδοχικά καλύτερη ανάλυση μέχρι την ημερομηνία που θα κυκλοφορήσει από τη συστοιχία MWA, και θα αυξήσει την ελπίδα ότι το πείραμα αυτό θα ανιχνεύσει μία ημέρα το αόριστο σήμα του EoR.

"Η ανάλυση αυτή καταδεικνύει ότι η αναβάθμιση της δεύτερης φάσης είχε πολλά επιθυμητά αποτελέσματα και ότι οι νέες τεχνικές ανάλυσης θα βελτιώσουν μελλοντικές αναλύσεις", ανέφερε ο Pober. "Το γεγονός ότι η συστοιχία MWA δημοσίευσε πρόσφατα τα δύο καλύτερα όρια για το σήμα, δίνει ώθηση στην ιδέα ότι το πείραμα αυτό καθώς και η προσέγγισή, κρύβουν πολλές υποσχέσεις."

Η έρευνα υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (U.S National Science Foundation αρ.επιχορήγησης # 1613040). Η συστοιχία MWA λαμβάνει υποστήριξη από την αυστραλιανή κυβέρνηση η οποία αναγνωρίζει τους αυτόχθονες Wajarri Yamatji ως τους παραδοσιακούς ιδιοκτήτες της περιοχής του παρατηρητηρίου.

……………….Επεξηγήσεις………………..

*Πιο συγκεκριμένα πρόκειται για μια συστοιχία ράδιο-κεραιών όπως βλέπουμε και στην εικόνα στην αρχή του άρθρου

……………….*………………..

Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο Facebook:

. Άρατος- Παρατηρησιακή Αστρονομία Σαλαμίνας

. Αστρονομία και Επιστήμη

. Αστροβραδιές Σαλαμίνας

Και στο blog: Αστρονομία και Επιστήμη

Πηγή
https://dailygalaxy.com/2019/11/first-light-of-the-cosmos-a-signal-detected-from-epic-turning-point-in-the-universe/#more-29447

 Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε ή κόκκινα γράμματα)

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.

 Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:

 https:/www.facebook.com/groups/174408446026959/

Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν.

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

 Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου. 

Για την ομάδα : @Aratosastronomy