Назіранне 26 см радыё сігналы, якія ўтвараюцца з-за звыштонкага пераходу касмічнага вадароду, прапануюць альтэрнатыўны інструмент для вывучэння ран сусвет. Як для нейтральнай эпохі немаўля сусвет калі святло не выпраменьвалася, 26 см лініі, магчыма, толькі акно. Аднак гэтыя чырвоныя зрушэнні радыё сігналы, якія выпраменьвае касмічны вадарод у ран сусвет вельмі слабыя і да гэтага часу былі няўлоўнымі. У 2018 годзе эксперымент EDGE паведаміў аб выяўленні сігналаў дыяметрам 26 см, але вынікі не маглі быць незалежна пацверджаны. Галоўнай праблемай была сістэматычнасць прыбораў і заражэнне іншымі сігналамі з неба. Эксперымент REACH заключаецца ў выкарыстанні унікальнай метадалогіі для пераадолення вузкага месца. Спадзяемся, што гэтая даследчая група зможа надзейна выявіць гэтыя няўлоўныя сігналы ў бліжэйшай будучыні. У выпадку поспеху эксперымент REACH можа вывесці «26 см радыёастраномію» на першы план у вывучэнні ранніх сусвет і значна дапамагае нам у разгадцы таямніц ранняга сусвет.
Калі справа даходзіць да вывучэння ранні сусвет, назва нядаўна запушчанага Касмічны тэлескоп Джэймса Уэба (JWST) усплывае ў нашай свядомасці. JWST, пераемнік вельмі паспяховага Купіна тэлескоп, з'яўляецца а прасторуІнфрачырвоная абсерваторыя, заснаваная на базе, абсталяваная для ўлоўлівання аптычных/інфрачырвоных сігналаў ад ранніх зорак і галактык, утвораных у Сусвет неўзабаве пасля Вялікага выбуху1. Аднак JWST мае некаторыя абмежаванні ў тым, што ўлоўлівае сігналы з нейтральнай эпохі ранні сусвет занепакоены.
Табліца: Эпохі ў гісторыі в сусвет з часоў Вялікага выбуху
(Крыніца: філасофія касмалогіі – фон 21 см. Даступна па адрасе http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
Да 380 тысяч гадоў пасля вялікага выбуху сусвет быў запоўнены іянізаваным газам і быў цалкам непразрыстым. Паміж 380k - 400 мільёнамі гадоў сусвет стаў нейтральным і празрыстым. Эпоха рэіанізацыі пачалася пасля гэтай фазы, пачынаючы з 400 мільёнаў пасля Вялікага выбуху.
У перыяд нейтральнай эпохі ран сусвет, калі сусвет быў напоўнены нейтральнымі газамі і быў празрыстым, аптычны сігнал не выпраменьваўся (таму называецца цёмным векам). Аб'яднаны матэрыял не выпраменьвае святла. Гэта стварае праблему ў вывучэнні ранняга Сусвет нейтральнай эпохі. Аднак мікрахвалевае выпраменьванне з даўжынёй хвалі 21 см (што адпавядае 1420 МГц), якое выпускаецца халодным нейтральным касмічным вадародам у гэтую эпоху ў выніку звыштонкага пераходу (ад паралельнага спіна да больш стабільнага антыпаралельнага спіна), прапануе даследчыкам магчымасці. Гэта 21-сантыметровае мікрахвалевае выпраменьванне будзе зрушана ў чырвоны колер пры дасягненні Зямлі і будзе назірацца на частотах ад 200 МГц да 10 МГц як радыёхвалі2,3.
Радыёастраномія 21 см: Назіранне за 21-сантыметровымі касмічнымі вадароднымі сігналамі прапануе альтэрнатыўны падыход да вывучэння ранніх сусвет асабліва фазы нейтральнай эпохі, якая была пазбаўлена любога выпраменьвання святла. Гэта таксама можа інфармаваць нас аб новай фізіцы, такой як размеркаванне матэрыі ў часе, цёмная энергія, цёмная матэрыя, масы нейтрына і інфляцыя2.
Аднак 21-см сігналы, выпраменьваныя касмічным вадародам падчас рана сусвет фаза няўлоўная. Чакаецца, што ён будзе надзвычай слабым (прыкладна ў сто тысяч разоў слабейшым за іншыя радыёсігналы, якія таксама зыходзяць з неба). У выніку гэты падыход знаходзіцца яшчэ ў зачаткавым стане.
У 2018 годзе даследчыкі паведамілі аб выяўленні такога радыёсігналу на частаце 78 МГц, профіль якога ў значнай ступені адпавядаў чаканням 21-сантыметровага сігналу, выпраменьванага першародным касмічным вадародам.4. Але гэтае выяўленне першапачатковага 21-сантыметровага радыёсігналу не можа быць незалежна пацверджана, таму надзейнасць эксперыменту не можа быць устаноўлена да гэтага часу. Здаецца, галоўная праблема - заражэнне радыёсігналамі на пярэднім плане.
Апошняй вяхой з'яўляецца справаздача аб Радыёэксперыменце для аналізу касмічнага вадароду (REACH) 21 ліпеня 2022 г. REACH будзе выкарыстоўваць новы эксперыментальны падыход для выяўлення гэтых слабых няўлоўных касмічных радыёсігналаў, што дае новую надзею на пацверджанне 21-сантыметровых касмічных сігналаў.
Радыёэксперымент для аналізу касмічнага вадароду (REACH) - гэта 21-сантыметровы эксперымент у сярэднім па небе. Гэта накіравана на паляпшэнне назіранняў шляхам кіравання праблемамі, з якімі сутыкаюцца прыборы, звязаныя з рэшткавымі сістэматычнымі сігналамі ў даных. Ён сканцэнтраваны на выяўленні і сумесным тлумачэнні сістэматыкі разам з пярэднім планам і касмалагічным сігналам з выкарыстаннем байесаўскай статыстыкі. The эксперымент ўключае ў сябе адначасовыя назіранні з дапамогай дзвюх розных антэн, звышшырокапалоснай сістэмы (дыяпазон чырвонага зрушэння прыкладна ад 7.5 да 28) і калібратара прымача на аснове вымярэнняў у палявых умовах.
Гэтая распрацоўка важная, улічваючы яе патэнцыял стаць адным з лепшых інструментаў (і занадта эканамічна эфектыўным у параўнанні з прасторуна базе абсерваторый, як Джэймс Уэб) для вывучэння ран сусвет а таксама магчымасць адкрыцця новай фундаментальнай фізікі.
***
Спасылкі:
- Прасад У., 2021. Касмічны тэлескоп Джэймса Уэба (JWST): першая касмічная абсерваторыя, прысвечаная вывучэнню ранняга Сусвету. Навуковая еўрапейская. Апублікавана 6 лістапада 2021 г. Даступна па адрасе http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- Pritchard JA і Loeb A., 2012. 21 см касмалогія ў 21 стагоддзі. Даклады аб прагрэсе ў галіне фізікі 75 086901. Даступна па адрасе https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Прэпрынт на arXiv даступны на https://arxiv.org/abs/1109.6012 PDF версія https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- Оксфардскі універсітэт. Філасофія касмалогіі – фон 21 см. Даступны на http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. і інш. Профіль паглынання з цэнтрам на 78 мегагерцах у сярэднім па небе спектры. Прырода 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792
- дэ Лера Аседа, Э., дэ Вільерс, ДІЛ, Разаві-Годс, Н. і інш. Радыёметр REACH для выяўлення 21-см вадароднага сігналу ад чырвонага зрушэння z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. Адкрыццё таямніц дзіцячага Сусвету з дапамогай радыёметра REACH. Даступны ў Інтэрнэце па адрасе https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
***
