Επιστήμονες αναζητούν ένα σήμα 13 δισεκατομμυρίων ετών, από την σκοτεινή εποχή του Σύμπαντος!

Σήμερα, τα αστέρια κυριαρχούν τον νυχτερινό ουρανό. Οταν όμως το σύμπαν ήταν νεογέννητο, δεν περιείχε άστρα. Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων προσπαθεί να ανιχνεύσει, μετρήσει και μελετήσει ένα σήμα από εκείνη την εποχή, που ταξιδεύει ακόμα στο διάστημα, εδώ και 13 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η ομάδα - με επικεφαλής τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον, του Πανεπιστημίου της Μελβούρνης, του Πανεπιστημίου Curtin και του Πανεπιστημίου Brown - ανέφερε πέρυσι στην Astrophysical Journal ότι είχε επιτύχει σχεδόν 10 φορές βελτιωμένα αποτελέσματα στην ανίχνευση εκπομπών ραδιοσυχνοτήτων χαμηλής συχνότητας που συλλέχθηκαν από το Murchison Widefield Array. Τα μέλη της ομάδας αναλύουν επί του παρόντος τα δεδομένα από αυτό το ραδιο-τηλεσκόπιο που βρίσκεται στην απομακρυσμένη Δυτική Αυστραλία ψάχνοντας για ένα ενδεικτικό σήμα από αυτήν την ελάχιστα κατανοητή «σκοτεινή εποχή» του σύμπαντός μας.

«Πιστεύουμε ότι οι ιδιότητες του σύμπαντος κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής επηρέασαν σημαντικά το σχηματισμό των πρώτων άστρων και έθεσαν σε κίνηση τα δομικά χαρακτηριστικά του σύμπαντος», δήλωσε το μέλος της ομάδας Miguel Morales, καθηγητής φυσικής του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον. «Ο τρόπος με τον οποίο διανεμήθηκε η ύλη στο σύμπαν εκείνη την εποχή πιθανότατα επηρέασε τον τρόπο με τον οποίο διανέμονται οι γαλαξίες και οι γαλαξιακές ομάδες σήμερα».

Μετά την γέννησή του, το σύμπαν ήταν ζεστό και πυκνό. Τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια προσκρούανε τακτικά το ένα με το άλλο, καθιστώντας το σύμπαν αδιαφανές. Αλλά όταν το σύμπαν έφτασε σε ηλικία λίγο κάτω από ένα εκατομμύριο έτη, αραίωσε αρκετά ώστε οι αλληλεπιδράσεις ηλεκτρονίων-φωτονίων έγιναν σπανιότερες. Το διαστελλόμενο σύμπαν γινόταν όλο και πιο διαφανές και σκοτεινό, ξεκινώντας την σκοτεινή εποχή του.
Μέχρι την δημιουργία των άστρων πέρασαν εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια κατά τη διάρκεια των οποίων το ουδέτερο υδρογόνο - άτομα υδρογόνου χωρίς φορτίο - κυριάρχησε στον κόσμο.

«Από αυτή τη σκοτεινή εποχή, φυσικά δεν υπάρχει σήμα με βάση το φως που θα μπορούσαμε να μελετήσουμε, απλά διότι δεν υπήρχε ορατό φως!» είπε ο Morales. «Αλλά υπάρχει ένα συγκεκριμένο σήμα που μπορούμε να αναζητήσουμε. Προέρχεται από όλο αυτό το ουδέτερο υδρογόνο. Δεν έχουμε καταγράψει ποτέ αυτό το σήμα, αλλά ξέρουμε ότι είναι εκεί έξω. Και είναι δύσκολο να εντοπιστεί γιατί μετά από σχεδόν 13 δισεκατομμύρια χρόνια, το σύμπαν μας έχει γίνει ένα πολυάσχολο μέρος, γεμάτο με δραστηριότητες από αστέρια, γαλαξίες, ακόμη και την τεχνολογία μας που πνίγει το σήμα από το ουδέτερο υδρογόνο».

Το σήμα των 13 δισεκατομμυρίων ετών που ο Morales και η ομάδα του αναζητούν είναι ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές ραδιοσυχνοτήτων του ουδέτερου υδρογόνου σε μήκος κύματος 21 εκατοστά. Το σύμπαν έχει επεκταθεί από τότε, διαστέλλοντας το μήκος κύματος του σήματος στα 2 μέτρα. «Αυτό το σήμα θα πρέπει να περιέχει πληροφορίες σχετικά με τη σκοτεινή εποχή», είπε ο Morales.

Όταν το σύμπαν ήταν μόλις 1 δισεκατομμυρίου ετών, τα άτομα υδρογόνου άρχισαν να συσσωρεύονται και να σχηματίζουν τα πρώτα αστέρια, τερματίζοντας τη σκοτεινή εποχή. Το φως από αυτά τα πρώτα αστέρια ξεκίνησε μια νέα εποχή - την εποχή του ιονισμού- όπου η ενέργεια από αυτά τα αστέρια μετέτρεψε μεγάλο μέρος του ουδέτερου υδρογόνου σε ιονισμένο πλάσμα. Αυτό το πλάσμα κυριαρχεί στον διαστρικό χώρο μέχρι σήμερα.

«Η εποχή του ιονισμού και η σκοτεινή εποχή που προηγήθηκε είναι κρίσιμες περίοδοι για την κατανόηση κάποιων χαρακτηριστικών του σύμπαντος μας, όπως γιατί έχουμε περιοχές γεμάτες γαλαξίες και άλλες σχετικά κενές, την κατανομή της ύλης και ενδεχομένως ακόμη και την σκοτεινή ύλη και την σκοτεινή ενέργεια», είπε ο Morales.

Το Murchison Array είναι το βασικό εργαλείο της ομάδας. Αυτό το ραδιοτηλεσκόπιο αποτελείται από 4.096 κεραίες, οι οποίες μπορούν να λαμβάνουν σήματα χαμηλής συχνότητας όπως η ηλεκτρομαγνητική υπογραφή του ουδέτερου υδρογόνου. Όμως αυτά τα είδη σημάτων χαμηλής συχνότητας είναι δύσκολο να εντοπιστούν λόγω ηλεκτρομαγνητικού "θορύβου" από άλλες πηγές που κατακλύζουν τον Κόσμο, συμπεριλαμβανομένων των γαλαξιών, των αστεριών και της ανθρώπινης δραστηριότητας. Ο Morales και οι συνεργάτες αναπτύσσουν ολοένα και πιο εξελιγμένες μεθόδους για να φιλτράρουν αυτόν τον θόρυβο και να έρθουν πιο κοντά στο σήμα που αναζητούν. Το 2019, οι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι είχαν φιλτράρει τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές - συμπεριλαμβανομένων των ραδιοφωνικών μας εκπομπών – μετά από ανάλυση δεδομένων 21 ωρών του Murchison Array.

Σήμερα η ομάδα έχει στην διάθεσή της περίπου 3.000 ώρες δεδομένων. Οι ερευνητές προσπαθούν να φιλτράρουν τις παρεμβολές και να πλησιάσουν ακόμη περισσότερο αυτό το αμυδρό σήμα από ουδέτερο υδρογόνο - και τη σκοτεινή εποχή που μπορεί αυτό να ‘φωτίσει’.

ΠΗΓΗ: phys.org

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Credits: NASA, ESA, J. Dalcanton, B.F. Williams, and M. Durbin (University ofWashington); CC BY 4.0

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: Γιατί μια έκρηξη δημιούργησε το σύμπαν, αφού οι εκρήξεις καταστρέφουν;