kamval | Астрономы пытаются обнаружить свет в самых первых звездах во Вселенной

Команда ученых, работающих с радиотелескопом Murchison Widefield Array (WMA), пытается найти сигнал от первых звезд Вселенной. Эти первые звезды образовались после «темных веков» Вселенной. Чтобы найти свою первую зацепку, исследователи ищут сигнал нейтрального водорода, газа, который доминировал во Вселенной после «темных веков».

Потребовалось время, чтобы сформировались первые звезды. После Большого взрыва Вселенная была чрезвычайно горячей; слишком жарко для образования атомов. Без атомов не может быть звезд. Только после 377 000 лет после Большого взрыва Вселенная расширилась и охладилась настолько, что атомы могли образовать, в основном, нейтральный водород с небольшим количеством гелия (и следы лития). После этого самые ранние звезды начали формироваться, в эпоху реионизации.

Чтобы найти неуловимый сигнал от этого нейтрального водорода, MWA был перенастроен в отдаленной части Западной Австралии, и она имела 2048 радиоантенн расположены в 128 «плитах». Он начал свою работу в 2013 году для охоты за неуловимыми нейтральными сигналами водорода, количество плиток было удвоено до 256, а весь массив был переставлен. Все данные с этих приемников поступают в суперкомпьютер, который называется Correlator.

В новой статье, которая будет опубликована в Astrophysical Journal, представлены результаты первого анализа данных из вновь сконфигурированного массива. Статья называется «Результаты энергетического спектра EoR фазы II первого сезона MWA на Redshift 7». Ведущий исследователь - Веньян Ли, аспирант Университета Брауна.

Это исследование было направлено на понимание силы сигнала от нейтрального водорода. Анализ установил самый низкий предел для этого сигнала, что является ключевым результатом поиска самого слабого сигнала.

«Мы можем с уверенностью сказать, что если бы сигнал нейтрального водорода был сильнее, чем он есть, то телескоп его бы обнаружил», - сказал Джонатан Побер, доцент кафедры физики в Университете Брауна и соответствующий автор статьи. "Эти результаты могут помочь нам еще больше сэкономить время изучения «космических темных веков»".

У нас имеются значительные пробелы. Мы знаем, что после «темных веков» началась эпоха реионизации. Именно тогда образование атомов привело к появлению первых структур во Вселенной, таких как звезды, карликовые галактики и квазары. Когда эти объекты сформировались, их свет распространился по Вселенной, повторно ионизуя нейтральный водород. После этого нейтральный водород исчез из межзвездного пространства.

Ученые хотят знать, как изменился нейтральный водород, когда темные века сменились эпохой реионизации, и эпоха реионизации развернулась. Первые звезды, которые сформировались во Вселенной, были строительными блоками структур, которые мы видим сегодня, и чтобы понять их, ученым нужно найти сигнал от этого раннего нейтрального водорода.

Но это нелегко. Сигнал слабый, и для его обнаружения требуются чрезвычайно чувствительные детекторы. Хотя нейтральный водород первоначально излучал свое излучение на длине волны 21 см, сигнал был растянут из-за расширения Вселенной. Сейчас около 2 метров. Этот 2-метровый сигнал теперь легко теряется среди множества подобных сигналов, как естественных, так и техногенных. Вот почему MWA находится в отдаленной части Австралии, чтобы изолировать его от как можно большего количества радиопомех.

«Все эти другие источники на много порядков сильнее сигнала, который мы пытаемся обнаружить», - сказал Побер. «Даже радиосигнала FM, который отражается от самолета, может создать значительные помехи, чтобы помешать работе телескопа».

Вот тут-то и вступает в работу вычислительная мощность суперкомпьютера Correlator. Он обладает способностью отбрасывать загрязняющие сигналы, а также учитывать природу самого MWA.

«Если мы посмотрим на разные радиочастоты или длины их волн, телескоп ведет себя немного по-другому», - сказал Побер. «Корректировка отклика телескопа абсолютно необходима для разделения астрофизических загрязнений и представляющего интерес сигнала».

В статье представлен новый верхний предел для сигнала от нейтрального водорода. Это второй раз, когда ученые, работающие с MWA, выпустили новый, более точно настроенный лимит. С дальнейшим прогрессом ученые надеются найти сам неуловимый сигнал.

«Этот анализ демонстрирует, что модернизация второй фазы имела много желаемых эффектов и что новые методы анализа улучшат будущие анализы», - сказал Побер. «Тот факт, что MWA в настоящее время публикует два наилучших ограничения для сигнала, дает импульс к идее, что этот эксперимент и его подход имеют многообещающие результаты».

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20191129165012