Veriler ayrıca daha önce ima edilen bir şeyi de ortaya koyuyor, o da ilk yıldızların ve galaksilerin, Büyük Patlama sonucunda ortaya çıkan ve o zamandan beri bize doğru gelen arka plan radyasyonuna ölçülebilir bir katkı yapmış olabilecekleri.
Araştırmacılar, ilk yıldızların ve galaksilerin oluştuğu erken Evren dönemi olan kozmik şafağın ilk astrofiziksel çalışmalarından birinde var olan ilk galaksiler hakkında bazı önemli belirlemeler yapabildiler.
Cambridge Üniversitesi liderliğindeki ekip, Hindistan’ın SARAS3 radyo teleskobundan gelen verileri kullanarak, Evren’in çok erken dönemlerine, Dünya’dan sadece 200 milyon yıl sonra bakabildi. Büyük patlamave ilk yıldızların ve galaksilerin kütle ve enerji çıktılarına sınırlar koyun.
Sezgilerin tersine, araştırmacılar, 21 santimetrelik hidrojen hattı olarak bilinen aradıkları sinyali bulamayarak bu sınırları en eski galaksilere yerleştirebildiler.
Bu tespit edilememe, araştırmacıların kozmik şafak hakkında başka belirlemeler yapmalarına, ilk galaksilere kısıtlamalar getirmelerine ve kozmik gazın verimsiz ısıtıcıları ve verimli radyo emisyonu üreticileri olan galaksiler dahil senaryoları elemelerine olanak sağladı.
Bu erken galaksileri henüz doğrudan gözlemleyemesek de, sonuçlar dergide bildirildi. Doğa AstronomisiEvrenimizin çoğunlukla boştan yıldızlarla dolu bir evrene nasıl geçtiğini anlamada önemli bir adımı temsil ediyor.
İlk yıldızların ve galaksilerin oluştuğu erken Evren’i anlamak, yeni gözlemevlerinin ana hedeflerinden biridir. SARAS3 verileri kullanılarak elde edilen sonuçlar, Evrenin gelişimindeki bu dönemi anlamanın yolunu açan bir kavram kanıtlama çalışmasıdır.
On yılın sonunda tamamlanacak olan iki yeni nesil teleskopu içeren SKA projesi, muhtemelen erken Evren’in görüntülerini oluşturabilecek, ancak mevcut teleskoplar için zorluk, ilk yıldızların kozmolojik sinyalini tespit etmektir. kalın hidrojen bulutları tarafından yeniden ışınlanır.
Bu sinyal, 21 santimetre çizgisi olarak bilinir – erken Evren’deki hidrojen atomları tarafından üretilen bir radyo sinyali. Yakın zamanda piyasaya sürülen ve erken Evren’deki tek tek galaksileri doğrudan görüntüleyebilecek olan JWST’nin aksine, Cambridge liderliğindeki REACH (Kozmik Hidrojen Analizi için Radyo Deneyi) gibi radyo teleskoplarla yapılan 21 santimetrelik çizgi çalışmaları, bize daha önceki galaksilerin tüm popülasyonları hakkında bilgi verebilir. REACH’ten ilk sonuçların 2023’ün başlarında alınması bekleniyor.
Gökbilimciler, 21 santimetrelik çizgiyi tespit etmek için, ilk yıldızlardan gelen ışıktan ve hidrojen sisinin arkasındaki radyasyondan etkilenen, erken Evren’deki hidrojen atomları tarafından üretilen bir radyo sinyali ararlar. Bu yılın başlarında, aynı araştırmacılar, erken evrenin sisinin arkasını görmelerine ve ilk yıldızlardan gelen ışığı tespit etmelerine olanak tanıyacağını söyledikleri bir yöntem geliştirdiler. Bu tekniklerden bazıları halihazırda mevcut çalışmada uygulamaya konulmuştur.
2018’de, EDGES deneyini yürüten başka bir araştırma grubu, bu erken ışığın olası bir tespitine işaret eden bir sonuç yayınladı. Bildirilen sinyal, erken Evren’in en basit astrofiziksel resminde beklenene kıyasla alışılmadık derecede güçlüydü. Son zamanlarda, SARAS3 verileri bu tespite itiraz etti: EDGES sonucu hala bağımsız gözlemlerden onay bekliyor.
SARAS3 verilerinin yeniden analizinde, Cambridge liderliğindeki ekip, potansiyel olarak EDGES sonucunu açıklayabilecek çeşitli astrofiziksel senaryoları test etti, ancak karşılık gelen bir sinyal bulamadılar. Bunun yerine ekip, ilk yıldızların ve galaksilerin özelliklerine bazı sınırlar koyabildi.
SARAS3 analizinin sonuçları, ortalama 21 santimetrelik çizginin radyo gözlemlerinin, ilk galaksilerin temel fiziksel özelliklerinin sınırları biçimindeki özelliklerine ilişkin bir içgörü sağlayabildiği ilk kez oldu.
Hindistan, Avustralya ve İsrail’deki ortak çalışanlarla çalışan Cambridge ekibi, ilk galaksilerin oluştuğu kozmik şafaktan gelen sinyalleri aramak için SARAS3 deneyinden elde edilen verileri kullandı. Araştırmacılar, istatistiksel modelleme tekniklerini kullanarak SARAS3 verilerinde bir sinyal bulamadılar.
Doktora Harry Bevins, “Belirli bir genliğe sahip bir sinyal arıyorduk” dedi. Cambridge Cavendish Laboratuvarı öğrencisi ve makalenin baş yazarı. “Fakat bu sinyali bulamayarak derinliğine bir sınır koyabiliriz. Bu da bize ilk galaksilerin ne kadar parlak olduğu hakkında bilgi vermeye başlıyor.”
Cambridge Astronomi Enstitüsü’nden ortak yazar Dr. Anastasia Fialkov, “Analizimiz, hidrojen sinyalinin bize ilk yıldızların ve galaksilerin nüfusu hakkında bilgi verebileceğini gösterdi” dedi. “Analizimiz, en eski galaksilerin kütleleri ve bu galaksilerin yıldız oluşturabilme verimliliği dahil olmak üzere, ilk ışık kaynaklarının bazı temel özelliklerine sınırlar koyuyor. Ayrıca bu kaynakların X-ışını, radyo ve ultraviyole radyasyonu ne kadar verimli yaydığı sorusunu da ele alıyoruz.”
Dr. Araştırmayı yöneten Cambridge Cavendish Laboratuvarı’ndan Eloy de Lera Acedo.
Pek çok açıdan türünün ilk örneği olan gözlemsel çalışma, en eski gökadaların hem radyo bandı emisyonlarında mevcut gökadalardan bin kat daha parlak olduğu hem de zayıf hidrojen gazı ısıtıcıları olduğu senaryoları hariç tutuyor.
“Verilerimiz ayrıca daha önce ima edilen bir şeyi de ortaya koyuyor, o da ilk yıldızların ve galaksilerin, Büyük Patlama sonucunda ortaya çıkan ve o zamandan beri bize doğru gelen arka plan radyasyonuna ölçülebilir bir katkı yapmış olabilecekleri. diyen de Lera Acedo, “Biz de o katkıya bir sınır koyuyoruz” dedi.
Bevins, “Zaman içinde çok geriye – Büyük Patlama’dan sadece 200 milyon yıl sonrasına – bakabilmek ve erken Evren hakkında bilgi sahibi olabilmek inanılmaz,” dedi.
Referans: HTJ Bevins, A. Fialkov, E. de Lera Acedo, WJ Handley, S. Singh, R. Subrahmanyan ve R’nin “Kozmik şafak gökyüzü ortalamalı 21 cm sinyalinin SARAS 3 tarafından algılanmamasından kaynaklanan astrofiziksel kısıtlamalar” .Barkana, 28 Kasım 2022, Doğa Astronomisi.
DOI: 10.1038/s41550-022-01825-6
Çalışma kısmen Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi (STFC), Birleşik Krallık Araştırma ve Yenilik’in (UKRI) bir parçası ve Royal Society tarafından finanse edildi. Cambridge yazarlarının tümü, Cambridge’deki Kavli Kozmoloji Enstitüsü’nün üyeleridir.