Poate că Big Bang-ul a fost luminos și dramatic, dar imediat după aceea, universul a devenit întunecat și pentru o perioadă foarte lungă de timp. Oamenii de știință cred că primele stele au apărut într-un bulion noroios de materie la 200 de milioane de ani de la începutul fierbinte. Deoarece telescoapele moderne nu sunt suficient de sensibile pentru a observa direct lumina acestor stele, astronomii caută dovezi indirecte ale existenței lor.
Astfel, o echipă de oameni de știință a reușit să capteze un semnal slab de la aceste stele folosind o antenă radio de dimensiuni de masă numită EDGES. Măsurătorile spectaculoase care deschid o nouă fereastră în universul timpuriu arată că aceste stele au apărut la 180 de milioane de ani după Big Bang. Lucrarea publicată în Nature sugerează, de asemenea, că oamenii de știință ar putea regândi din ce este compusă „materia întunecată” - un tip misterios de materie invizibilă.
Modelele au arătat că primele stele care au iluminat universul au fost albastre și de scurtă durată. Au scufundat universul într-o baie de lumină ultravioletă. Primul semnal observabil al acestei zori cosmice a fost mult timp gândit ca un „semnal de absorbție” - o scădere a luminozității la o anumită lungime de undă - cauzată de trecerea luminii și care afectează proprietățile fizice ale norilor de hidrogen gazos, cel mai abundent element din univers.
Știm că această cădere ar trebui detectată în partea de undă radio a spectrului electromagnetic la o lungime de undă de 21 cm.
Măsurare complexă
Video promotional:
La început a existat o teorie care a prezis toate acestea. Dar, în practică, găsirea unui astfel de semnal este extrem de dificilă. Acest lucru se datorează faptului că se împletește cu multe alte semnale din această regiune a spectrului, care sunt mult mai puternice - de exemplu, frecvențele comune ale emisiunilor radio și ale undelor radio de la alte evenimente din galaxia noastră. Motivul pentru care oamenii de știință au reușit a fost parțial deoarece experimentul a fost echipat cu un receptor sensibil și o antenă mică, făcând posibilă acoperirea relativ ușoară a unei zone mari a cerului.
Pentru a se asigura că orice scădere a luminozității pe care au găsit-o se datorează luminii stelelor din universul timpuriu, oamenii de știință au analizat schimbarea Doppler. Sunteți familiarizat cu acest efect prin scăderea terenului când trece o mașină cu o clipire și o sirena. La fel, pe măsură ce galaxiile se îndepărtează de noi datorită expansiunii universului, lumina se deplasează spre lungimi de undă roșii. Astronomii numesc acest efect „redshift”.
Redshift-ul le spune oamenilor de știință cât de departe este un nor de gaz de Pământ și cât de mult timp, conform standardelor cosmice, a fost emisă lumină din acesta. În acest caz, orice schimbare a luminozității așteptată la lungimea de undă de 21cm va indica mișcarea și distanța gazului. Oamenii de știință au măsurat scăderea strălucirii care a avut loc în diferite perioade de timp cosmice, până în momentul în care universul avea doar 180 de milioane de ani și l-au comparat cu starea sa actuală. A fost lumina primelor stele.
Bună materie întunecată
Povestea nu se termină aici. Oamenii de știință au fost surprinși să constate că amplitudinea semnalului a fost de două ori mai mare decât s-a prezis. Acest lucru sugerează că hidrogenul gazos a fost mult mai rece decât se aștepta din fundalul microundelor.
Aceste rezultate au fost publicate într-un alt articol din Nature și au aruncat un cârlig de momeală pentru fizicienii teoretici. Acest lucru se datorează faptului că din fizică devine clar că în acest moment al existenței universului, gazul era ușor de încălzit, dar greu de răcit. Pentru a explica răcirea suplimentară asociată semnalului, gazul a trebuit să interacționeze cu ceva și mai rece. Și singurul lucru mai rece decât gazul cosmic din universul timpuriu a fost materia întunecată. Teoreticienii trebuie acum să decidă dacă pot extinde modelul standard de cosmologie și fizica particulelor pentru a explica acest fenomen.
Știm că există de cinci ori mai multă materie întunecată decât materia obișnuită, dar nu știm din ce este făcută. Au fost propuse mai multe variante de particule care ar putea constitui materia întunecată, iar favorita dintre ele este particula masivă slab interacționând (WIMP).
Noul studiu sugerează însă că particula de materie întunecată nu ar trebui să fie mult mai grea decât protonul (care intră în nucleul atomic împreună cu neutronul). Acest lucru este cu mult sub masele prezise pentru WIMP. Analiza sugerează, de asemenea, că materia întunecată este mai rece decât se aștepta și deschide o oportunitate fascinantă de a folosi „cosmologia de 21 cm” ca sondă pentru materia întunecată din univers. Descoperiri suplimentare cu receptoare mai sensibile și mai puține interferențe de la radioul terestru ar putea dezvălui mai multe detalii despre natura materiei întunecate și poate chiar indica viteza cu care se deplasează.
Ilya Khel
