Big Bang kan ha varit levande och dramatisk, men omedelbart efter att universum blev mörkt för en mycket lång tid. Forskare tror att de första stjärnorna syntes i den skumma buljongen i ärendet efter 200 miljoner år efter varmstart. Eftersom moderna teleskop är inte tillräckligt känslig för att följa ljuset av dessa stjärnor direkt, astronomerna letar efter ett indirekt bevis på deras existens.
Och nu har en grupp forskare lyckats fånga en svag signal av dessa stjärnor med hjälp av en radio antenn storleken på en tabell som kallas KANTER. Imponerande dimensioner, som öppnar ett nytt fönster mot universum, och visa att dessa stjärnor dök upp för 180 miljoner år efter Big Bang. Publicerad i Nature visar också att forskarna kan tänka vad är mörk materia — en mystisk typ av osynlig materia.
Modellen visade att de första stjärnorna som lyser universum var blå och kortlivade. De störtade universum i ett bad av ultraviolett ljus. Den första iakttagbara tecken på detta kosmisk gryning har länge ansetts vara den “signal absorption” — hösten ljusstyrka på en viss våglängd som orsakas av passage av ljus och påverkar de fysiska egenskaperna av moln av vätgas, den vanligaste grundämnet i universum.
Vi vet att denna höst ska upptäckas i radiovågor delen av det elektromagnetiska spektrumet vid våglängden 21 cm.
Komplexa mätning
I början var det en teori som förutspådde det hela. Men i praktiken för att hitta en sådan signal är mycket svårt. Alla eftersom han är sammanflätade med många andra signaler i den här delen av spektrum, som är mycket starkare, till exempel, gemensamma radio frekvens och radiovågor från andra händelser i vår galax. Anledningen till att forskare har lyckats, bestod delvis i det faktum att experimentet var utrustad med en känslig mottagare och en liten antenn som gör att du kan täcka en stor yta på himlen relativt enkelt.
För att vara säker på att någon minskning i ljusstyrka, vilket de upptäckte orsakas av stjärnornas ljus från det tidiga universum, vetenskapsmännen tittade på Doppler förskjutning. Denna effekt är bekant för att minska tonläget, när du av en bil med blinkande lampor och siren. På samma sätt, eftersom galaxy är sig från oss på grund av expansionen av universum, och ljuset skiftar mot rött ljus med våglängder. Astronomer kallar denna effekt “red shift.”
Rödförskjutningen berättar forskarna hur långt de moln av gas är från Jorden, och hur länge i kosmisk mening var det ljus som sänds ut från det. I detta fall, att eventuella förändringar i ljusstyrkan, den förväntade 21 cm våglängd, vägledande för förslaget av gas och avlägsna av dess läge. Forskarna mätte en minskning i ljusstyrka som ägde rum i olika kosmiska tid, fram till det ögonblick när universum bara var 180 miljoner år, och jämfört med dess nuvarande skick. Det var i ljuset av de första stjärnorna.
Hej, mörk materia
Historien slutar inte där. Forskarna var förvånade över att upptäcka att signalens amplitud var dubbelt mer än väntat. Detta tyder på att vätgas var mycket kallare än väntat från bakgrundsstrålningen.
Dessa resultat publicerades i en annan artikel i “Naturen” och tappade krok med ett lockbete för fysiker-teoretiker. Allt på grund av fysik, det är klart att livet i universum, gas var lätt att värma men svårt att svalna. För att förklara ytterligare nedkylning i samband med signalen, den gas som hade interagera med något ännu häftigare. Och det enda som är kallare än den kosmiska gas i det tidiga universum finns mörk materia. Teoretiker måste nu bestämma sig för om de kommer att kunna förlänga standard modell av kosmologi och partikelfysik för att förklara detta fenomen.
Vi vet att mörk materia är fem gånger mer än vanligt, men vi vet inte vad det är. Flera alternativ var föreslagna partiklar som skulle kunna utgöra den mörka materian, och föredrog bland dem är svagt interagerande tunga partikel (MES).
Ny forskning tyder dock på att mörk materia-partikel borde vara mycket tyngre än en proton (som ingår i atomkärnan tillsammans med neutroner. Detta är betydligt lägre än massa förutspådde för WIMP. Analysen förutsätter också att den mörka materien är kallare än väntat, och öppnar den spännande möjligheten att använda de “21-cm kosmologi” som en sond för mörk materia i universum. Ytterligare en öppning med en mer känslig mottagare och mindre inblandning från jordiska radio kan avslöja att få mer information om den typ av mörk materia och kanske även för att ange med vilken hastighet som den rör sig.
Ljuset av de första stjärnorna kan ändra vår syn på mörk materia
Ilya Hel