Signal detekteret fra de første stjerner i universet, med en antydning af, at mørkt stof var involveret

Et signal forårsaget af de allerførste stjerner til at danne sig i universet er blevet opfanget af et lillebitte, men højt specialiseret radioteleskop i den fjerntliggende vestlige australske ørken.

Detaljer om påvisningen afsløres i et papir offentliggjort i dag i Nature og fortæller os, at disse stjerner blev dannet kun 180 millioner år efter Big Bang.

Det er potentielt en af ​​de mest spændende astronomiske opdagelser i årtiet. Et andet Nature -papir i dag forbinder fundet med muligvis det første opdagede bevis på, at mørkt stof, menes at udgøre meget af universet, kan interagere med almindelige atomer.

Stiller ind på signalet

Denne opdagelse blev gjort af en lille radioantenne, der opererede i båndet 50-100Mhz, som overlapper nogle velkendte FM-radiostationer (hvilket er grunden til, at teleskopet er placeret i den fjerne WA-ørken).

Det, der er blevet opdaget, er absorptionen af ​​lys med neutral atomisk hydrogengas, som fyldte det tidlige univers, efter at det var afkølet fra Big Bangs varme plasma.

På dette tidspunkt (180 millioner år efter Big Bang) udvidede det tidlige univers sig, men de tætteste områder af universet kollapsede under tyngdekraften for at danne de første stjerner.

Dannelsen af ​​de første stjerner havde en dramatisk effekt på resten af ​​universet. Ultraviolet stråling fra dem ændrede elektron -spin i hydrogenatomerne, får det til at absorbere universets baggrundsradioemission ved en naturlig resonansfrekvens på 1, 420MHz, kaster så at sige en skygge.

Nu, 13 milliarder år senere, den skygge ville forventes med en meget lavere frekvens, fordi universet har udvidet sig næsten 18 gange på den tid.

Et tidligt resultat

Astronomer havde forudsagt dette fænomen i næsten 20 år og ledt efter det i ti år. Ingen vidste helt, hvor stærkt signalet ville være, eller ved hvilken frekvens de skulle søge.

De fleste forventede, at det ville tage en del år mere efter 2018.

Men skyggen blev opdaget ved 78MHz af et hold ledet af astronomen Judd Bowman fra Arizona State University.

Utroligt nok blev denne radiosignaldetektering i 2015-2016 udført af en lille antenne (EDGES-eksperimentet), kun få meter i størrelse, koblet til en meget smart radiomodtager og signalbehandlingssystem. Det er først blevet offentliggjort nu efter grundig kontrol.

Dette er den vigtigste astronomiske opdagelse siden påvisningen af ​​gravitationsbølger i 2015. De første stjerner repræsenterer starten på alt komplekst i universet, begyndelsen på den lange rejse til galakser, solsystemer, planeter, liv og hjerner.

At opdage deres signatur er en milepæl, og at fastlægge det nøjagtige tidspunkt for deres dannelse er en vigtig måling for kosmologi.

Dette er et fantastisk resultat. Men det bliver bedre og endnu mere mystisk og spændende.

Beviser for mørkt stof?

Signalet er dobbelt så stærkt som forventet, hvorfor det er blevet opdaget så tidligt. I det andet Nature -papir, astronom Rennan Barkana, fra Tel Aviv Universitet, sagde, at det er ret svært at forklare, hvorfor signalet er så stærkt, som det fortæller os, at brintgassen på dette tidspunkt er betydeligt koldere end forventet i standardmodellen for kosmisk evolution.

Astronomer kan lide at introducere nye slags eksotiske objekter for at forklare ting (f.eks. supermassive stjerner, sorte huller), men disse producerer generelt stråling, der gør tingene varmere i stedet.

Hvordan gør man atomerne koldere? Du skal sætte dem i termisk kontakt med noget endnu koldere, og den mest levedygtige mistænkte er det, der er kendt som koldt mørkt stof.

Koldt mørkt stof er grundlaget for moderne kosmologi. Den blev introduceret i 1980'erne for at forklare, hvordan galakser roterer - de så ud til at spinde meget hurtigere, end det kunne forklares af de synlige stjerner, og en ekstra tyngdekraft var nødvendig.

Vi tror nu, at mørkt stof skal være fremstillet af en ny slags grundpartikel. Der er omkring seks gange mere mørkt stof end almindeligt stof, og hvis det var lavet af normale atomer, ville Big Bang have set helt anderledes ud end det, der observeres.

Hvad angår arten af ​​denne partikel, og dens masse, vi kan kun gætte.

Så hvis koldt mørkt stof faktisk kolliderer med brintatomer i det tidlige univers og afkøler dem, dette er et stort fremskridt og kan få os til at fastslå dets sande natur. Dette ville være første gang, at mørkt stof har vist en anden interaktion end tyngdekraften.

Her kommer 'men'

En advarsel er berettiget. Dette brintsignal er meget vanskeligt at opdage:det er tusindvis af gange svagere end baggrundsradiostøjen selv for den fjerntliggende placering i det vestlige Australien.

Forfatterne til det første Nature -papir har brugt mere end et år på at lave en lang række tests og kontroller for at sikre, at de ikke har begået en fejl. Følsomheden af ​​deres antenne skal kalibreres udsøgt over hele båndpasset. Detektionen er en imponerende teknisk præstation, men astronomer verden over vil holde vejret, indtil resultatet er bekræftet af et uafhængigt eksperiment.

Hvis det bekræftes, vil dette åbne døren til et nyt vindue på det tidlige univers og potentielt en ny forståelse af mørkt stofs natur ved at give et nyt observationsvindue ind til det.

Dette signal er blevet registreret, der kommer fra hele himlen, men i fremtiden kan det kortlægges på himlen, og detaljerne i strukturerne på kortene ville så give os endnu flere oplysninger om de fysiske egenskaber ved det mørke stof.

Flere ørkenobservationer

Dagens publikationer er spændende nyheder for især Australien. Vest -Australien er den mest radiostille zone i verden, og vil være det bedste sted for fremtidige kortlægningsobservationer. Murchison Widefield Array er i drift lige nu, og fremtidige opgraderinger kunne give præcis et sådant kort.

Dette er også et vigtigt videnskabeligt mål for kvadratkilometerarrayet på flere milliarder dollar, beliggende i det vestlige Australien, der burde kunne give meget større troskabsbilleder af denne epoke.

Det er ekstremt spændende at se frem til en tid, hvor vi vil være i stand til at afsløre naturen af ​​de første stjerner og få en ny tilgang via radioastronomi til at tackle mørkt stof, som indtil videre har vist sig uoverskuelig.

Lad os håbe, at verdens regeringer, eller i det mindste Australien, kan holde frekvensen på 78 MHz ren for popmusik og talkshows, så vi kan fortsætte med at observere universets fødsel.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.