Обикновеният телескоп натяква на Вселената първи звезди, тъмна материя

Не, това не е пикник маса. Това е обсерватория, която просто е разстроила представите ни за тъмната материя.Уголемяване / Не, това не е маса за пикник. Това е обсерватория, която може току-що разстрои идеите ни за тъмната материя. Джуд Боуман / ASU

Днес малък екип от изследователи обявява, че това съответно малък телескоп взе нещо такова теоретиците са предполагали само, че може да съществува: сигнал, произведен от първите звезди в нашата Вселена. Техният радиотелескоп, само два метра напречно, не изобразяваха звездите директно. Вместо това взе отпечатък върху космическия микровълнов фон, оставен от без значение, че тези звезди си взаимодействаха.

И докато сигналът е бил предвиден от теоретици, изчисленията предполагаха, че тя ще бъде значително по-малка отколкото всъщност е. Ако резултатите се задържат, тогава може да е a подпишете, че тъмната материя изглежда много по-различно от това, което имахме очакван.

запалване

Космическият микровълнов фон е произведен, когато Вселената достатъчно охладен, за да може електроните да се установят във Вселената първи атоми, освобождавайки радиация, както и те. Той прочуто улавя състоянието на Вселената, когато тя се е образувала, ни разказва за Големият взрив, който го произведе, както и състава на Съдържанието на Вселената. Но в много отношения именно дарбата пази като най-фините детайли на фона предоставят допълнителни подробности на физиката на Вселената и теоретиците редовно измислят начини за това извлечете повече информация от него.

Теоретичните съображения помогнаха за мотивиране на проекта EDGES, или Експеримент за откриване на глобалната епоха на подписване на реионизация. в ера на масивни телескопи, EDGES е освежаващо просто: неговото най-големият компонент е само 30-метров квадрат от метални плочи на земята. В центъра седят две радио антени, чувствителни към a специфична област от спектъра, която се припокрива с част от Космически микровълнов фон.

Прогнозира се, че тази област от спектъра ще обхване по-скоро косвено взаимодействие на космическия микровълнов фон и на първи звезди. По онова време Космическият микровълнов фон образувана, Вселената все още беше изключително гореща и плътна, с първи атоми при приблизително същата температура като излъчването, което те произвеждаха. Това им позволи да взаимодействат с микровълновата Излъчване на фона за известно време, но това време приключи като Вселената продължава да се разширява и атомите се охлаждат.

Запалването на първите звезди произведе много високоенергийни радиация, която загрява околния газ, временно изтласквайки обратно до прага, където може да взаимодейства отново с Космически микровълнов фон. Тези взаимодействия биха намалили количество фоново лъчение в определена област от спектъра (понастоящем в радиовълните), с точните детайли на намалението в зависимост от състоянието на газа по това време. Най- Обсерваторията на EDGES беше създадена с една единствена цел: проучете това площ на спектъра.

Много шум

Проблемът е, че космическият микровълнов фон не е този само сигнал при тези дължини на вълната. Нашата собствена галактика произвежда много радиация там; както и йоносферата на Земята, голяма височина регион на атмосферата. Така че голяма част от работата на екипа включва идентифициране на тези други сигнали и премахването им. Например, сигналът на галактиката има тенденция да струпва индивидуално поглъщане и емисионни линии, а не гладък спектър. И на Сигналът на йоносферата се колебае както със сезоните, така и въз основа на него какво се случва с космическото време.

Така изследователите направили измервания в продължение на стотици часове няколко години. Отчасти, завъртяха едно от двете си приемници, за да се гарантира, че сигналът не е продукт на локален хардуер. И за да се уверят, че някакви сигнали са истински, те хукнаха техните данни чрез две независими писмени анализи софтуер.

Когато приключиха, имаше ясен сигнал. Най-далечният, най-старата галактика, за която знаем е достатъчно далечна, че е нейната светлина драматично се измести към червеното; мярка за това наречено z произвежда z от 11. Сигналът, открит от EDGES, започва от z от 15 и става прогресивно по-стар. z = 15 съответства на Вселената е само на 270 милиона години.

Това не е категорично доказателство, че сигналът на първия звезди са намерени. Физиката обикновено иска ниво на увереност пет сигма, преди да обяви откриването, и това е на 3.8 сигма. Но е доста завладяващ и приблизително толкова добър, колкото е този инструмент вероятно ще се случи без много повече време за наблюдение. За щастие, там са редица подобни проекти в творбите, така че може да имаме независима проверка сравнително скоро.

Студено и може би тъмно

Самото откриване е впечатляващ подвиг и ще помогне да се потвърди нашите теоретични модели на условията на Вселената, когато са се образували първи звезди. Но, както бе споменато по-горе, сигналът също съдържа информация за тези условия. И тази информация е доста странно.

Количеството абсорбирана енергия ще бъде свързано с температура на газа на Вселената по времето, когато първите звезди запалване. И тук данните предоставят малко изненада: усвояването е два пъти повече от прогнозираното от още по-крайното модели на ранната Вселена. Това означава, че газът в Вселената се охлади много по-бързо, отколкото очаквахме.

Защо е толкова странно? Защото почти всичко, за което знаем Вселената беше гореща по това време. Няма очевиден механизъм за това охладете газа.

Екипът на EDGES обсъжда този въпрос широко, но един придружаваща теоретична статия от Ренан от университета в Тел Авив Баркана излага проблема и неговото решение доста кратко. “The допълнително охлаждане, посочено от данните, е възможно само чрез взаимодействие на [газа] с нещо още по-студено, “Баркана пише. „Единственият известен космически компонент, който може да бъде по-студен от ранният космически газ е тъмна материя. “Всъщност почти всичко различни от частици, за които е предложено да отчитат тъмнината гравитационните ефекти на материята, като първични черни дупки, трябва да загрява газа.

Проблемът е, че охлаждането на газа изисква тъмна материя взаимодействат с него и тъмната материя, както се разбира в момента, не правя много взаимодействие с каквото и да било. Плюс изчисления на базата на охлаждането предполага, че частиците от тъмната материя трябва да са далеч по-леки, отколкото очакваме – малка част от масата на богът на Хигс.

Това е малко клише в отчитането на науката, за да се каже, че имаме нужда от повече данни. Но тук наистина имаме нужда от повече данни. Би било добре да натиснете значението на този сигнал до мястото, където бихме могли да бъдем напълно уверени, че имахме откритие, вместо просто да изглеждаме изключително вероятно. И определено бихме искали някаква индикация за това количеството на абсорбираната енергия е наистина двойно по-голямо от предвиденото от теоретици. Баркана също показва, че сигналът трябва да бъде разпределен неравномерно в пространството, с топли и студени петна. За да вземем тези, ние ще вероятно искате да поставите инструмент в космоса – може би в орбита на Луна, така че да е частично екранирана от радиоизточници на Земята.

Докато нямаме повече данни, теоретиците ще отидат има полев ден с тези резултати.

Природа, 2018. DOI: 10.1038 / природа25792, 10.1038 / природа25791 (За DOI).

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: