Ovo je Svemir "pokušao da sakrije": Objašnjen signal od 21 centimetra

Razumevanje kako je Univerzum prešao iz tame u svetlost formiranjem prvih zvezda i galaksija predstavlja ključni trenutak u razvoju Svemira, poznat kao Kosmička zora, piše Science Daily.

Međutim, čak i sa najmoćnijim teleskopima, ne možemo direktno posmatrati ove najranije zvezde, pa je određivanje njihovih svojstava jedan od najvećih izazova u astronomiji.

Sada je međunarodna grupa astronoma predvođena timom sa Univerziteta u Kembridžu pokazala da ćemo moći mnogo toga da saznamo o masama najranijih zvezda proučavanjem specifičnog radio signala - stvorenog od strane atoma vodonika koji ispunjavaju prostore između regiona gde se formiraju zvezde - koji potiče samo stotinu miliona godina nakon Velikog praska.

Proučavajući kako su prve zvezde i njihovi ostaci uticali na ovaj signal, nazvan 21-centimetarski signal, istraživači su pokazali da će budući radio teleskopi pomoći da razumemo veoma rani Univerzum i kako se transformisao iz gotovo homogene mase uglavnom vodonika u neverovatnu složenost koju danas vidimo. Njihovi rezultati su objavljeni u časopisu Nature Astronomy.

"Ovo je jedinstvena prilika da saznamo kako je prvo svetlo univerzuma izronilo iz tame", rekla je koautorka studije, profesorka Anastasija Fialkov sa Instituta za astronomiju u Kembridžu.

„Tranzicija iz hladnog, tamnog Univerzuma u onaj ispunjen zvezdama je priča koju tek počinjemo da razumemo."

Istraživanje najstarijih zvezda Univerzuma oslanja se na slabašan sjaj 21-centimetarskog signala, suptilnog energetskog signala starog preko 13 milijardi godina. Ovaj signal, na koji utiče zračenje ranih zvezda i crnih rupa, otvara redak prozor u detinjstvo Univerzuma.

Fialkov vodi teorijsku grupu projekta REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen). REACH je radio antena i jedan je od dva velika projekta koji bi mogli pomoći u razumevanju Kosmičke zore i Epohe rejonizacije, kada su prve zvezde rejonizovale neutralne atome vodonika u univerzumu.

Iako je REACH, koji hvata radio signale, još u fazi kalibracije, obećava da će otkriti podatke o ranom Univerzumu. U međuvremenu, Square Kilometre Array (SKA) - ogroman niz antena u izgradnji - mapiraće fluktuacije kosmičkih signala na ogromnim delovima neba.

Oba projekta su ključna za istraživanje masa, svetlosti i distribucije najranijih zvezda univerzuma. U trenutnoj studiji, Fialkov - koja je takođe članica SKA - i njeni saradnici razvili su model koji predviđa 21-centimetarski signal za REACH i SKA, i otkrili da je signal osetljiv na mase prvih zvezda.

"Mi smo prva grupa koja je dosledno modelovala zavisnost 21-centimetarskog signala od masa prvih zvezda, uključujući uticaj ultraljubičastog svetla zvezda i rendgenskih emisija iz rendgenskih binarnih sistema nastalih kada prve zvezde umru", rekla je Fialkov, koja je takođe članica Kavli Instituta za kozmologiju u Kembridžu.

"Ovi uvidi su izvedeni iz simulacija koje integrišu primordijalne uslove univerzuma, poput sastava vodonika i helijuma nastalog Velikim praskom."

Razvijajući svoj teorijski model, istraživači su proučavali kako 21-centimetarski signal reaguje na distribuciju masa prvih zvezda, poznatih kao zvezde Populacije III. Otkrili su da su prethodne studije potcenile ovu povezanost jer nisu uzele u obzir broj i svetlost rendgenskih binarnih sistema - binarnih sistema sastavljenih od normalne zvezde i urušene zvezde - među zvezdama Populacije III, kao ni njihov uticaj na 21-centimetarski signal.

Za razliku od optičkih teleskopa poput svemirskog teleskopa Džejms Veb, koji snimaju živopisne slike, radio astronomija se oslanja na statističku analizu slabih signala. REACH i SKA neće moći da snime pojedinačne zvezde, već će pružiti informacije o celim populacijama zvezda, rendgenskim binarnim sistemima i galaksijama.

"Potrebno je malo mašte da se povežu radio podaci sa pričom o prvim zvezdama, ali implikacije su duboke", rekla je Fialkov.

"Predviđanja koja iznosimo imaju ogromne implikacije za naše razumevanje prirode prvih zvezda u univerzumu", rekao je koautor dr Eloj de Lera Acedo, glavni istraživač teleskopa REACH i glavni istraživač za razvojne aktivnosti SKA na Kembridžu.

"Pokazujemo dokaze da naši radio teleskopi mogu otkriti detalje o masi tih prvih zvezda i kako su te rane svetlosti možda bile veoma različite od današnjih zvezda."

"Radio teleskopi poput REACH-a obećavaju da će otključati misterije mladog univerzuma, a ova predviđanja su ključna za usmeravanje radio opservacija koje vršimo iz Karua u Južnoj Africi."

(Telegraf Nauka/Science Daily)