Suur pauk võis olla särav ja dramaatiline, kuid kohe pärast seda muutus universum pimedaks ja seda väga kaua. Teadlased usuvad, et esimesed tähed ilmusid aine mudases puljongis 200 miljonit aastat pärast kuuma algust. Kuna tänapäevased teleskoobid pole nende tähtede valguse otseseks jälgimiseks piisavalt tundlikud, otsivad astronoomid kaudseid tõendeid nende olemasolu kohta.
Ja nii õnnestus teadlaste meeskonnal tabada nendelt tähtedelt nõrk signaal, kasutades lauaplaadi suurust raadioantenni nimega EDGES. Suurejoonelised mõõtmised, mis avavad uue akna varases universumis, näitavad, et need tähed ilmusid 180 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Looduses avaldatud töö viitab ka sellele, et teadlased võivad ümber mõelda, millest koosneb "tumeaine" - müstiline nähtamatu aine tüüp.
Mudelid näitasid, et esimesed tähed, mis universumit valgustasid, olid sinised ja lühiajalised. Nad kastsid universumi ultraviolettvalguse vanni. Selle kosmilise koidiku kõige esimest vaadeldavat signaali on pikka aega peetud "neeldumissignaaliks" - heleduse languseks konkreetsel lainepikkusel -, mis on põhjustatud valguse läbimisest ja mõjutab vesinikgaasi, universumi kõige rikkalikuma elemendi, füüsikalisi omadusi.
Me teame, et see langus tuleks tuvastada elektromagnetilise spektri raadiolainete osas lainepikkusel 21 cm.
Kompleksne mõõtmine
Reklaamvideo:
Alguses oli teooria, mis seda kõike ennustas. Kuid praktikas on sellise signaali leidmine äärmiselt keeruline. Seda seetõttu, et see põimub selles spektri piirkonnas paljude teiste signaalidega, mis on palju tugevamad - näiteks raadiosaadete ja meie galaktika muude sündmuste raadiolainete ühised sagedused. Teadlaste õnnestumise põhjus oli osaliselt see, et katse oli varustatud tundliku vastuvõtja ja väikese antenniga, mis võimaldas suhteliselt hõlpsalt katta suurt taevapiirkonda.
Veendumaks, et nende leitud heleduse langus on tingitud varase universumi tähevalgusest, vaatasid teadlased Doppleri nihet. Teile on see efekt tuttav helikõrguse langetamise kaudu, kui sinust möödub vilkuri ja sireeniga auto. Samamoodi nihkub galaktika meist universumi paisumise tõttu eemale, valgus punaste lainepikkuste suunas. Astronoomid nimetavad seda efekti "punaseks nihkeks".
Punane nihe annab teadlastele teada, kui kaugel on gaasipilv Maast ja kui kaua aega tagasi eraldus sellest kosmiliste standardite järgi valgus. Sel juhul näitab mis tahes heleduse nihe 21 cm lainepikkusel gaasi liikumist ja kaugust. Teadlased mõõtsid erinevatel kosmilistel ajaperioodidel ilmnenud heleduse langust kuni hetkeni, mil universum oli vaid 180 miljonit aastat vana, ja võrdlesid seda oma praeguse olekuga. See oli kõige esimeste tähtede valgus.
Tere tumeaine
Lugu sellega ei lõpe. Teadlased olid üllatunud, kui leidsid, et signaali amplituud oli prognoositust kaks korda suurem. See viitab sellele, et vesinikgaas oli palju külmem, kui mikrolaineahjust eeldati.
Need tulemused avaldati teises Nature artiklis ja viskasid teoreetilistele füüsikutele söödakonksu. Seda seetõttu, et füüsikast selgub, et universumi eksisteerimise ajal oli gaasi lihtne kuumutada, kuid seda oli raske jahutada. Signaaliga seotud täiendava jahutuse selgitamiseks pidi gaas suhtlema millegi veelgi külmemaga. Ja ainus asi, mis varajases universumis oli kosmilisest gaasist külmem, oli tumeaine. Teoreetikud peavad nüüd otsustama, kas nad saavad selle nähtuse selgitamiseks laiendada kosmoloogia ja osakestefüüsika standardmudelit.
Me teame, et tumeainet on viis korda rohkem kui tavalist ainet, kuid me ei tea, millest see koosneb. Pakutud on mitu osakeste varianti, mis võiksid moodustada tumeaine, ja nende seas on lemmik nõrgalt interakteeruv massiivne osake (WIMP).
Uus uuring viitab aga sellele, et tumeaine osake ei tohiks olla palju raskem kui prooton (mis siseneb aatomituumasse koos neutroniga). See on tunduvalt alla WIMP-i jaoks ennustatud masside. Analüüs viitab ka sellele, et tumeaine on oodatust külmem ja avab põneva võimaluse kasutada "21 cm kosmoloogiat" universumi tumeaine sondina. Edasised avastused tundlikumate vastuvõtjate ja maapealse raadio vähem häiretega võivad paljastada rohkem üksikasju tumeaine olemuse kohta ja võib-olla isegi näidata selle liikumise kiirust.
Ilja Khel
