Big Bang kan have været levende og dramatisk, men straks efter, at universet blev mørk for en meget lang tid. Forskerne mener, at de første stjerner viste sig i det mørke bouillon af sagen efter 200 millioner år efter hot start. Fordi moderne teleskoper, der ikke er følsomme nok til at observere lyset af disse stjerner direkte, astronomer, der er på udkig efter et indirekte bevis for deres eksistens.
Og nu en gruppe af forskere, der formåede at fange et svagt signal af disse stjerner ved hjælp af en radio antenne på størrelse med en tabel kaldet KANTER. Imponerende dimensioner, som åbner et nyt vindue til det tidlige univers, og viser, at disse stjerner, der dukkede op til 180 millioner år efter Big Bang. Offentliggjort i Nature tyder også på, at forskere kan genoverveje, hvad er mørkt stof — en mystisk type af usynligt stof.
Modellen viste, at de første stjerner, der lyser universet var blå og kortvarig. De er blevet kastet ud i universet ind i et bad af ultraviolet lys. De første synlige signal om denne kosmiske daggry har længe været betragtet som “signal absorption” — falder i lysstyrke ved en bestemt bølgelængde, der er forårsaget ved passage af lys og påvirke de fysiske egenskaber af de skyer af brintgas, det mest almindelige grundstof i universet.
Vi ved, at dette fald skal være registreret i radiowave del af det elektromagnetiske spektrum ved en bølgelængde på 21 cm.
Komplekse måling
I begyndelsen var der en teori om, at forudsagt det hele. Men i praksis for at finde et sådant signal er yderst vanskeligt. Alle, fordi han er forbundet med mange andre signaler i denne del af spektret, som er meget stærkere — for eksempel, fælles radio frekvens og radiobølger fra andre begivenheder i vores galakse. Grunden til, at forskere er lykkedes, bestod dels i det faktum, at eksperimentet var udstyret med en følsom modtager og en lille antenne der giver dig mulighed for at dække et stort område af himlen relativt nemt.
For at være sikker på at et fald i lysstyrken, som de opdagede forårsaget af stjernernes lys fra det tidlige univers, forskere kiggede på Doppler-forskydning. Denne effekt er velkendt at sænke tonehøjden, når du ved at en bil med blink og sirene. På samme måde, da galaxy er længere væk fra os på grund af universets udvidelse, lyset skifter retning af røde bølgelængder. Astronomer kalder denne effekt “red shift.”
Rødforskydningen fortæller forskerne, hvor langt den sky af gas er fra Jorden, og hvor lang tid i kosmisk forstand var det lys, der udsendes fra det. I dette tilfælde, vil ethvert skift i lysstyrken, og den forventede 21-cm bølgelængde, vejledende af bevægelse af gas og den afsides beliggenhed af dens placering. Forskere målt et fald i lysstyrken, der fandt sted i forskellige kosmiske tid, indtil det tidspunkt, hvor universet kun var 180 millioner år, og sammenlignet med den nuværende situation. Det var på baggrund af de første stjerner.
Hej, mørkt stof
Historien slutter ikke der. Forskere blev overraskede over at opdage, at signalets amplitude var to gange mere end forventet. Dette tyder på, at brintgas, der var meget koldere end forventet fra mikrobølge baggrund.
Disse resultater blev offentliggjort i en anden artikel i “Nature” og droppede krogen med et lokkemiddel for fysikere-teoretikere. Alt sammen på grund af fysik, det er klart, at den levetid af universet, gas var let at opvarme, men svært at køle af. For at forklare det yderligere afkøling i forbindelse med det signal, den gas, der var nødt til at interagere med noget, der er endnu mere cool. Og den eneste ting koldere end den kosmiske gas i det tidlige univers er mørkt stof. Teoretikere skal nu beslutte, om de vil være i stand til at udvide standard model for cosmology and particle physics til at forklare dette fænomen.
Vi ved, at mørkt stof er fem gange mere, end vi plejer, men vi ved ikke, hvad det er. Flere muligheder blev foreslået partikler, der kunne udgøre det mørke stof, og foretrækkes blandt dem er svagt vekselvirkende massive partikler (WIMP).
Ny forskning, foreslår imidlertid, at mørk stof-partikel bør være meget tungere end en proton, (som er inkluderet i atomkernen sammen med neutron). Dette er væsentligt under den masse forudsagt for WIMP. Analysen forudsætter også, at det mørke stof er koldere end forventet, og åbner spændende mulighed for at bruge “21-cm kosmologi”, som en sonde af mørkt stof i universet. Yderligere åbning med en mere følsomme modtagere og mindre interferens fra jordiske radio kan afsløre flere detaljer om karakteren af mørkt stof og måske endda til at angive den hastighed, hvormed det bevæger sig.
Lyset af de første stjerner, der kan ændre vores syn på mørkt stof
Ilya Hel