Au fost găsite semnale de la primele stele din univers – și ele ar putea dezvălui în sfârșit secretele materiei întunecate

Ilustrația acestui artist arată primele stele albastre masive ale universului în filamente gazoase, cu fundalul cosmic cu microunde vizibil doar la margini. Credit: N.R.Fuller, Fundația Națională de Știință

La scurt timp după Big Bang, universul era întunecat, lipsit de stelele și galaxiile care îl definesc astăzi.

În următorii 100 de milioane de ani, gravitația a atras regiuni dense ale hidrogenului neutru al universului timpuriu. gaz împreună până când forța a fost atât de puternică, aceste bile de gaz s-au prăbușit pe ele însele pentru a se forma stele. Dezvăluirea secretelor despre cum arată aceste stele și cum s-au format ne-ar putea oferi o perspectivă fără precedent asupra nașterii universului nostru – și tocmai am făcut un pas semnificativ în această direcție.

Ca rezultat a 12 ani de cercetare, o echipă de oameni de știință, condusă de astronomul Judd Bowman, Școala de Explorare a Pământului și Spațiului ASU, a detectat „amprentele” celor mai timpurii stele din univers, care s-au format la doar 180 de milioane de ani după univers a început. Având în vedere că universul nostru se apropie de 14 miliarde de ani, aceasta este o picătură relativă în oceanul epocii sale.

Privind în universul timpuriu

Indiciul pentru detectarea acestor amprente stelare se afla în radioastronomie. Utilizarea unui spectrometru radio la agenția națională de știință a Australiei (CSIRO) Murchison Radio-astronomy Observator (MRO) din Australia de Vest, echipa a căutat mici modificări ale lungimii de undă pe radio spectru.

Pe măsură ce undele radio lovesc antena, ele sunt amplificate de un receptor înainte de a fi digitizate pentru a le stoca ca fișier de computer, cum ar fi receptoarele FM și TV care transformă semnalele.

CITEȘTE URMĂTORUL: Dincolo de Big Bang: Cum ar fi fost să asist la nașterea universului?

 Echipa și-a reglat inițial instrumentul pentru a căuta mai târziu (deci mai recent) în timpul cosmic, dar în 2015 și-a extins căutarea. „De îndată ce ne-am schimbat sistemul la o gamă inferioară, am început să vedem lucruri despre care credeam că ar putea fi o adevărată semnătură”, autorul studiului Alan Rogers de la Observatorul Haystack al Institutului de Tehnologie din Massachusetts a spus. „Observăm această scădere cel mai puternic la aproximativ 78 de megaherți și acea frecvență corespunde cu aproximativ 180 de milioane de ani după Big Bang.

„În ceea ce privește detectarea directă a unui semnal de la hidrogenul în sine, aceasta trebuie să fie cea mai devreme.”

În special, semnalele detectate de spectrometrul radio în acest studiu provin de la așa-numitul primordial hidrogen gazos care ar fi fost abundent în acest moment al universului timpuriu, umplând golurile dintre primele stele.

„A existat o mare provocare tehnică pentru realizarea acestei detectări, deoarece sursele de zgomot pot fi de o mie de ori mai luminoase decât semnalul – este ca și cum ai fi în mijlocul unui uragan și încercând să audă batetul unei aripi de colibri”, a spus Peter Kurczynski, ofițerul de program al Fundației Naționale de Știință care a susținut acest lucru. studiu. „Acești cercetători cu o antenă radio mică în deșert au văzut mai departe decât cele mai puternice telescoape spațiale, deschizând o nouă fereastră asupra universului timpuriu.”

Descifrarea rezultatelor

Rezultatele acestui experiment de 12 ani sunt semnificative din mai multe motive. În primul rând, semnalele oferă o perspectivă asupra modului în care s-au format stelele timpurii, dezvăluind teorii care, până acum, erau aparent imposibil de dovedit. În al doilea rând, deblocând indiciile despre modul în care se formează primele stele, astronomii vor putea debloca modul în care au evoluat galaxiile, găurile negre și sistemele solare. Acest studiu ar putea chiar dezvălui secretele materiei întunecate evazive. Este cu adevărat fără precedent.

„Este puțin probabil că vom putea vedea mai devreme în istoria stelelor din timpul vieții noastre”, a spus Bowman. „Acest proiect arată că o nouă tehnică promițătoare poate funcționa și a deschis calea pentru zeci de ani de noi descoperiri astrofizice.”

CITEȘTE URMĂTORUL: Jumătate din materia normală lipsă din univers a fost găsită

Rezultatele confirmă așteptările teoretice generale cu privire la momentul în care s-au format primele stele și cele mai de bază proprietăți ale stelelor timpurii.

„Ceea ce se întâmplă în această perioadă”, a spus coautorul Rogers de la Observatorul Haystack al MIT, „este că o parte din radiațiile de la primele stele încep să permită observarea hidrogenului. Determină ca hidrogenul să înceapă să absoarbă radiația de fundal, așa că începeți să o vedeți în siluetă, la anumite frecvențe radio. Acesta este primul semnal real că stelele încep să se formeze și încep să afecteze mediul din jurul lor.”

Studiul a mai arătat că gazul din univers a fost probabil mult mai rece decât se aștepta, cu jumătate din temperaturile așteptate și ipotetice anterior.

„Singurul constituent cosmic cunoscut care poate fi mai rece decât gazul cosmic timpuriu este materia întunecată”, a explicat Barkana în lucrarea sa. Posibilă interacțiune între barioni și particulele de materie întunecată revelată de primele stele. „Motivul pentru aceasta este că se presupune că materia întunecată interacționează cu ea însăși și în principal cu barionii gravitațional, și astfel se așteaptă să se decupleze termic în universul foarte timpuriu și să se răcească după aceea.”

„Dacă ideea lui Barkană este confirmată”, a continuat Bowman, „atunci am învățat ceva nou și fundamental despre misteriosul materie întunecată care reprezintă 85% din materia universului, oferind prima privire asupra fizicii dincolo de standard model."

„Acum că știm că acest semnal există”, spune Bowman, „trebuie să aducem rapid online noi telescoape radio care să poată extrage semnalul mult mai profund.”

Rezultatele au fost publicate în Naturăîn două lucrări