Evrenin ilk ışığı insanlar tarafından imzalandı ve karanlık madde yolda
Harvard Üniversitesi'nden teorik bir astrofizikçi olan Avi Loeb, keşif daha da doğrulanırsa, iki Nobel Ödülü kazanma şansı olacağını söyledi. Çünkü sadece evrendeki ilk yıldızlardan gelen sinyalleri yakalamakla kalmadık, aynı zamanda karanlık maddenin varlığına dair dolaylı kanıtlar da bulduk.
Büyük Patlama anı son derece parlak ve muhteşem olabilir, ancak Büyük Patlama'dan sonra evren kısa sürede uzun vadeli karanlığa gömüldü. O zamanlar, evrende yıldız veya galaksi yoktu ve nötr hidrojenle doluydu. Önümüzdeki 50 ila 100 milyon yıl içinde, yerçekimi gaz yoğun bölgelerde yavaş yavaş hareket etti ve sonunda gazın bazı yerlerde çökmesine neden oldu. İlk yıldızlar .
Gözlemler, Büyük Patlama'dan 180 milyon yıl sonra evrenin ilk yıldızlarının yandığını, mavi görünmesi gerektiğini ve yayılan ultraviyole ışınlarının hidrojen ile etkileşime gireceğini gösteriyor. | Resim kaynağı: N.R. FULLER / ULUSAL BİLİM VAKFI
Peki bu ilk yıldızlar tam olarak neye benziyordu? Ne zaman ve nasıl oldu? Evrenin gelecekteki evrimini nasıl etkiler? Bu sorular, astronomların ve astrofizik ebeveynlerin uzun zamandır ortaya çıkarmak istedikleri sorulardır.
Ancak mevcut teleskoplar bu yıldızların yaydığı ışığı doğrudan gözlemleyecek kadar hassas olmadığından, gökbilimciler varlıklarının dolaylı kanıtlarını bulmak için çok çalışıyorlar.
Şimdi, 12 yıllık sıkı çalışmanın ardından, astronom Judd Bowman liderliğindeki bir ekip bir isim kullanıyor KENARLAR "Yemek masası büyüklüğündeki radyo anteni, bu yıldızlardan gelen zayıf sinyalleri yakaladı. Bu şaşırtıcı ölçüm, erken evreni keşfetmek için yeni bir pencere açtı. Hesaplamalara göre, bu yıldızların Büyük Patlama'dan sonra ortaya çıkması gerekiyor. Yaklaşık 180 milyon yıl önce Bilim adamları bu sonucu Nature dergisinde yayınladılar ve hemen büyük ilgi gördü.Özellikle bu çalışmanın sonuçları da gösterdi ki Gizemli "karanlık madde" nin neyden yapıldığını yeniden düşünmenin zamanı geldi.
Batı Avustralyadaki Murchison Radyo Gözlemevinin radyo anteni EDGES. | Resim kaynağı: CSIRO Avustralya
Mevcut modellere göre bilim adamları, evreni aydınlatacak ilk yıldızların mavi olması ve yaşam döngüsünün kısa olması gerektiğini ve çok fazla ultraviyole ışık yayacaklarını tahmin ediyorlar. Uzun zamandır, evrenin şafağında yayılan bu en erken gözlemlenebilir sinyali bir tür " Sinyali absorbe et ", yani belirli bir dalga boyunda parlaklıkta bir azalma - bu, ışık bir hidrojen bulutundan geçip hidrojenin fiziksel özelliklerini etkilediğinde meydana gelir.
Bu "çukurun" elektromanyetik spektrumun radyo dalgası bölgesinde görünmesi gerektiğini biliyoruz ve dalga boyu 21 santimetre .
Bir hidrojen atomu bir proton ve bir elektron içerir. 21 cm'lik hidrojen çizgisi, proton-elektron kombinasyonunu içeren spin paralel (yukarı) antiparalel spine (aşağı) döndüğünde, belirli bir dalga boyundan kaynaklanan özel bir foton yayıldığında ortaya çıkar. | Resim kaynağı: Wikimedia Commons
Zorlu ölçüm
Ancak yukarıdakilerin tümü sadece teorik tahminlerdir. Pratikte, bu sinyali yakalamak çok zordur. Çünkü spektrumun bu bölgesindeki diğer birçok sinyalle örtüşüyor ve FM radyodan veya galaksideki diğer olaylardan yayılan radyo dalgaları ondan çok daha güçlü. Bu algılamanın başarısının bir nedeni, deneyde kullanılan hassas alıcılar ve küçük antenler sayesinde araştırmacıların gökyüzünün geniş alanlarını daha kolay kaplamasına olanak tanıyor.
Araştırmacıların, erken evrende buldukları parlaklıktaki herhangi bir azalmanın yıldız ışığından kaynaklandığından emin olmak için, Doppler etkisi Şunu tespit edelim: Evren genişlerken, tüm galaksiler yavaş yavaş bizden uzaklaşıyor, bu nedenle ışığın dalga boyu uzayacak (kırmızımsı), bu da astronomların sıklıkla söylediği gibi " Redshift ".
Kırmızıya kayma, belirli bir gaz bulutunun dünyadan ne kadar uzakta olduğunu bilmemizi sağlar ve bu ışık ışınlarının ne zaman yayıldığını anlamamızı sağlar. Bu durumda 21 cm'lik bir dalga boyunda beklenen parlaklıkta herhangi bir düşüş, gazın nasıl ve nerede hareket ettiğini gösterir. Gökbilimciler, evrendeki belirli bir süre boyunca parlaklıktaki düşüşü ölçtüler ve en dramatik durumun evrenin doğumundan yaklaşık 180 milyon yıl sonra meydana geldiğini buldular. Bu ilk yıldızlardan gelen ışıktır.
Resimde görülen devasa "sarkma" bu son araştırmanın doğrudan sonucudur.Evren 180 ile 260 milyon yaş arasında olduğunda, bariz 21 cm radyasyon sinyali olduğunu göstermektedir. Bu, evrendeki ilk yıldızların ve galaksilerin açılışını müjdeledi. | Resim kaynağı: J.D. Bowman ve diğerleri, Nature, 555, L67 (2018)
Karanlık maddenin gizemi
Ve hikaye burada bitmiyor. Gökbilimciler, bu sinyalin genliğinin tahmin edilenden iki kat daha yüksek olduğunu görünce şaşırdılar. Bunun anlamı Hidrojenin sıcaklığı, arka plandaki radyasyondan beklenenden çok daha düşüktür.
Bu keşif, teorik fizikçilerden büyük ilgi gören Nature dergisinde başka bir makalede yayınlandı. Çünkü fiziğe göre bu dönemde evrendeki gazı ısıtmak kolaydır, ancak soğutulması zor olmalıdır. Yazar, bu sinyali yorumlamak için aşırı soğutma olması gerektiğine inanıyor, bu yüzden Gaz, daha düşük sıcaklıktaki bir maddeyle etkileşime girmelidir , Ve erken evrende bu gazdan daha soğuk olan tek şey karanlık maddeydi. . Şimdi, teorisyenlerin bu etkiyi açıklamak için standart kozmoloji ve parçacık fiziğini genişletip genişletmeme konusunda bir karar vermeleri gerekiyor.
Karanlık maddenin sıradan maddeden beş kat daha fazla olduğunu biliyoruz, ancak hala karanlık maddenin neden yapıldığını bilmiyoruz. Karanlık madde parçacıkları için birçok aday arasında, zayıf etkileşimli büyük parçacıklar (WIMP) şu anda en popüler olanıdır.
Bununla birlikte, bu yeni araştırma, karanlık madde parçacıklarının kütlesinin protonlardan çok daha ağır olmadığını öne sürüyor (protonlar ve nötronlar birlikte çekirdeği oluşturur). Bu, WIMP kalitesiyle ilgili tahminlerimizin çok altında. Analiz sonuçları ayrıca karanlık maddenin beklenenden daha soğuk olduğunu gösterdi ve karanlık maddeyi keşfetmek için yeni bir silah olarak "21 cm kozmoloji" kullanma olasılığını açtı. Alıcının hassasiyetini artırarak ve zemindeki radyo parazitini azaltarak, karanlık maddeyle ilgili daha fazla ayrıntı ortaya çıkarabiliriz. Bu, ayın karanlık yüzeyine bir interferometre yerleştirilerek sağlanabilir.Algılama teknolojisinin gelişmesiyle, karanlık maddenin hızını bile tespit edebiliriz.
Evrenin evriminin zaman çizelgesi, ilk yıldızların göründüğü zaman olarak belirlendi. < 180 milyon yıl. | Resim kaynağı: ULUSAL BİLİM VAKFI
Bu, Avustralya ve Güney Afrika'da yeni nesil dev radyo teleskopları veya interferometre dizilerini (SKA kilometre kare radyo dizisi) ve evrenin şafağını incelemeye adanmış diğer son teknoloji deneyleri geliştiren radyo gökbilimciler için mükemmel bir zaman noktasıdır. .
Bilim adamlarını heyecanlandıran an geldi.
Derleme: Zwicky
Referans kaynağı:
https://theconversation.com/experiment-picks-up-light-from-the-first-stars-and-it-may-change-our-understanding-of-dark-matter-92615
