4 lata później w nowym eksperymencie nie widać śladu „kosmicznego świtu”

0
65

Kiedy atomy wodoru uformowały się po raz pierwszy, pochłaniały, a następnie emitowały otaczające 21-centymetrowe promieniowanie w równym tempie, dzięki czemu chmury wodoru wypełniające pierwotny wszechświat były praktycznie niewidoczne.

Potem nadszedł kosmiczny świt. Promieniowanie ultrafioletowe z pierwszych gwiazd wzbudziło przemiany atomowe, które umożliwiły atomom wodoru wchłonięcie większej liczby fal 21-centymetrowych niż wyemitowały. Oglądana z Ziemi, ta nadmierna absorpcja objawia się jako spadek jasności przy określonej długości fali radiowej, oznaczający moment włączenia gwiazd.

Z czasem pierwsze gwiazdy zapadły się w czarne dziury. Gorące gazy wirujące wokół tych czarnych dziur wytwarzały promieniowanie rentgenowskie, które ogrzewało chmury wodoru w całym wszechświecie, zwiększając tempo emisji 21-centymetrowych. Zaobserwowalibyśmy to jako wzrost jasności przy nieco krótszej długości fali radiowej niż w przypadku starszego światła. Wynik netto byłby spadkiem jasności w wąskim zakresie długości fal radiowych, takim jak ten wykryty przez EDGES.

Jednak obserwowany spadek, który nastąpił w okolicach długości fali 4 metrów, nie był tym, czego oczekiwali teoretycy kosmolodzy: czas i kształt koryta były wyłączone, co wskazuje, że pierwsze gwiazdy pojawiły się zaskakująco wcześnie, a promienie rentgenowskie zalały wszechświat wkrótce potem. Co dziwniejsze, spadek był bardzo wyraźny, co sugeruje, że wodór we wczesnym Wszechświecie był zimniejszy niż przewidywano w modelach teoretycznych, prawdopodobnie z powodu egzotycznych interakcji z ciemną materią wypełniającą kosmos.

A może kąpiel EDGES miała bardziej przyziemne pochodzenie.

21-centymetrowe emisje wodoru z ery kosmicznego świtu docierają do Ziemi na falach o długości kilku metrów, w zakresie używanym w audycjach radiowych i telewizyjnych FM; dlatego EDGES działał w tak odległym miejscu. Co więcej, sygnał jest przytłaczany przez emisje radiowe tysiące razy jaśniejsze z naszej własnej galaktyki i jest zniekształcony przez przechodzenie przez górne warstwy ziemskiej atmosfery.

Nie mniej ważne są subtelne efekty samej anteny. Otoczenie anteny radiowej może nieznacznie zmienić obszar nocnego nieba, na który jest ona wrażliwa. W tak precyzyjnym eksperymencie nawet słabe odbicia od powierzchni oddalonych o kilkadziesiąt metrów mogą mieć znaczenie. Efekt takich odbić byłby wzmocniony przy pewnych długościach fal radiowych, co skutkowałoby niewielką zmiennością obszaru obserwacji anteny – a tym samym potencjalnie mierzonej jasności – przy różnych długościach fal.

Zespół EDGES dostrzegł tego rodzaju falę w swoich danych, a głównymi winowajcami, być może trafnie, były krawędzie 30-metrowego metalowego ekranu umieszczonego na ziemi wokół anteny, aby zablokować emisje radiowe z samej ziemi. Zespół skorygował w swojej analizie możliwe odbicia od tych krawędzi, ale jak zauważyli niektórzy astronomowie w tamtym czasie, nawet jeśli korekta byłaby nieco niewłaściwa, rezultatem może być spadek jasności tła w wąskim zakresie długości fal, nie do odróżnienia od rzeczywistego kosmosu. sygnał świtu.

Zespół SARAS przyjął inne podejście do projektowania anten, dążąc do uzyskania bardziej jednolitej czułości na wszystkich długościach fal. „Cała filozofia projektowania polega na zachowaniu tej gładkości widmowej” — powiedział Saurabh Singh, główny autor artykułu SARAS. Antena — aluminiowy stożek osadzony na styropianowej tratwie — unosiła się na środku spokojnego jeziora, aby zapewnić, że nie będzie odbić na więcej niż 100 metrów w dowolnym kierunku poziomym, co Parsons nazwał „naprawdę fajnym i innowacyjnym podejściem”. Ponadto mała prędkość światła w wodzie redukowała efekt odbić od dna jeziora, a jednolita gęstość wody znacznie ułatwiała modelowanie otoczenia.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj