REKLÁM

A korai Univerzum tanulmányozása: REACH-kísérlet a kozmikus hidrogén megfoghatatlan, 21 cm-es vonalának kimutatására 

Observation of 26 cm radio signals, formed due to hyperfine transition of cosmic hydrogen offer an alternative tool to the study of early világegyetem. As for neutral epoch of the infant világegyetem when no light was emitted, 26 cm lines are perhaps only window. However, these redshifted radio signals emitted by cosmic hydrogen in the early világegyetem are extremely feeble and have been elusive so far. In 2018, EDGE experiment reported detection of 26 cm signals but the findings could not be independently confirmed. The main issue was instrument systematic and contamination with the other signals from the sky. The REACH Experiment is to employ unique methodology to overcome the bottleneck. It is hoped that this research group will reliably be able to detect these elusive signals in near future. If successful, REACH Experiment may bring ‘26 cm radio astronomy’ to the forefront in the study of early világegyetem and help us much in unravelling the mysteries of early világegyetem. 

Amikor a tanulmányozásról van szó korai univerzum, name of recently launched James Webb űrtávcső (JWST) pops up in our mind. JWST, a successor of hugely successful Hubble telescope, is a space-based, infrared observatory equipped to capture optical/infrared signals from the early stars and galaxies formed in the Világegyetem soon after the Big Bang1. Azonban, JWST has some limitation so far as picking up signals from the neutral epoch of korai univerzum érdekelt.  

Table: Epochs in the history of világegyetem since the Big Bang  

(Forrás: Philosophy of Cosmology – 21 cm-es háttér. Elérhető a címen http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Up to 380 k years after the big bang, the világegyetem was filled with ionised gas and was fully opaque. Between 380k – 400 million years, the világegyetem had become neutral and transparent. The epoch of reionisation started after this phase starting 400 million after the big bang.  

During the neutral epoch of early világegyetem, amikor az világegyetem was filled with neutral gases and was transparent, no optical signal was emitted (hence called dark age). Unionized material does not emit light. This poses a challenge in study of early Világegyetem of neutral epoch. However, microwave radiation of 21 cm wavelength (corresponding to 1420 MHz) emitted by the cold, neutral cosmic hydrogen during this epoch as a result of hyperfine transition (from parallel spin to more stable anti-parallel spin) offers opportunities to researchers. This 21 cm microwave radiation would be redshifted upon reaching Earth and will be observed at 200MHz to 10 MHz frequencies as radio waves2,3.  

21 cm-es rádiócsillagászat: Observation of 21-centimeter cosmic hydrogen signals offers an alternative approach to the study of early világegyetem especially of neutral epoch phase that was devoid of any light emission. This can also inform us about new physics such as distribution of matter over time, dark energy, dark matter, neutrino masses, and inflation2.  

However, the 21-cm signals emitted by the cosmic hydrogen during early világegyetem phase is elusive. It is expected to be extremely weak (about one hundred thousand times weaker than other radio signals also emanating from the sky). As a result, this approach is still in infancy.  

2018-ban a kutatók egy ilyen rádiójel észleléséről számoltak be 78 MHz-es frekvencián, amelynek profilja nagymértékben megfelelt az ősi kozmikus hidrogén által kibocsátott 21 centiméteres jelre vonatkozó elvárásoknak.4. A 21 cm-es ősi rádiójel detektálását azonban nem tudták önállóan megerősíteni, így a kísérlet megbízhatóságát ez idáig nem sikerült megállapítani. A fő probléma az előtérben lévő rádiójelekkel való szennyeződésnek tűnik.  

A legújabb mérföldkő a 21. július 2022-i Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) jelentése. A REACH új kísérleti megközelítést alkalmaz ezen gyenge, megfoghatatlan kozmikus rádiójelek észlelésére, így új reményt kínál a 21 centiméteres kozmikus jelek megerősítésére.  

A Radio Experiment for Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) egy égbolt átlagú, 21 cm-es kísérlet. Ennek célja a megfigyelések javítása azáltal, hogy kezeli azokat a problémákat, amelyekkel a műszerek szembesülnek az adatokban maradó szisztematikus jelekkel kapcsolatban. A bayesi statisztika segítségével a szisztematika, valamint az előtér és a kozmológiai jel észlelésére és közös magyarázatára összpontosít. A kísérlet két különböző antennával, egy ultraszéles sávú rendszerrel (körülbelül 7.5-28 vöröseltolódási tartomány) és egy helyszíni méréseken alapuló vevőkalibrátorral végzett egyidejű megfigyeléseket foglal magában.  

This development is significant given its potential to be one of the best tools (and cost effective too vis-a-vis space-based observatories like James Webb) for study of early világegyetem as well as possibility of ushering in of new fundamental physics.  

*** 

Referenciák:  

  1. Prasad U., 2021. James Webb Űrteleszkóp (JWST): Az első Űr Obszervatórium, amelyet a korai világegyetem tanulmányozására szenteltek. Tudományos európai. Feladás dátuma: 6. november 2021. Elérhető: http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 
  1. Pritchard JA és Loeb A., 2012. 21 cm kozmológia a 21. században. Jelentések a fizika fejlődéséről 75 086901. Elérhető: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Előnyomtatás az arXiv oldalon elérhető a következő címen: https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf verzió  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 
  1. Oxford Egyetem. Kozmológia filozófia – 21 cm-es háttér. Elérhető http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 
  1. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Egy abszorpciós profil, amelynek középpontja 78 megahertz az égbolt-átlagos spektrumban. Nature 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 
  1. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. A REACH radiométer a 21 cm-es hidrogénjel érzékelésére a vöröseltolódásból z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  
  1. Eloy de Lera Acedo 2022. A csecsemő világegyetem rejtélyeinek leleplezése a REACH sugármérővel. Elérhető online a címen  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Tudományos újságíró | A Scientific European folyóirat alapító szerkesztője

Iratkozzon fel hírlevelünkre

A legfrissebb hírekkel, ajánlatokkal és külön értesítésekkel kell frissíteni.

Legnépszerűbb cikkek

Új öregedésgátló beavatkozás a motorok öregedésének lassítására és a hosszú élettartam meghosszabbítására

A tanulmány rávilágít a kulcsfontosságú génekre, amelyek megakadályozhatják a motoros...

Fenntartható mezőgazdaság: Gazdasági és környezetvédelem kisbirtokos gazdálkodók számára

Egy friss jelentés egy fenntartható mezőgazdasági kezdeményezést mutat be...

Egy „új” vérvizsgálat, amely olyan rákot mutat ki, amely máig kimutathatatlan...

A rákszűrés jelentős előrelépése során egy új tanulmány...
- Reklám -
94,517VentilátorokMint
47,680KövetőKövesse
1,772KövetőKövesse
30ElőfizetőkFeliratkozás