HERA teleskobunun erken bulguları, kozmik şafağın daha derin anlaşılmasını vaat ediyor

Tarih boyunca insanlar, yıldızların yaratılışını, ne olduklarını ve ilk yıldızların nasıl oluştuğunu düşünen hikayeler yarattı ve paylaştı. Şimdi, Güney Afrika Karoo Astronomi Rezervi’nde bulunan bir radyo teleskopu olan Hidrojen Yeniden İyonlaşma Dizisinin (HERA) yeni sonuçlarıyla, MIT bilim adamları bu tarihi anlamaya küçük ama önemli bir adım daha yaklaştılar.

HERA araştırmacıları, yıldız oluşumu ve galaksi yapısının en erken belirtilerini arıyorlar. Spesifik olarak, MIT’de Julius A. Stratton Fizik Profesörü Jacqueline Hewitt de dahil olmak üzere bilim adamları, Büyük Patlama’dan yaklaşık 400 milyon yıl sonra meydana gelen kozmik şafak denilen bir dönemde neler olduğunu anlamaya çalışıyorlar. 2021 sonbaharının başlarında, MIT Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nde Pappalardo Fizik Uzmanı olan Hewitt, Nicholas Kern ve uluslararası işbirliğinden diğer araştırmacılar, ilk aşamalarda dört yıl boyunca toplanan ve analiz edilen uzun zamandır beklenen sonuçları tamamladılar. teleskopun yapımından. 7 Şubat’ta yayınlanan araştırmaları Astrofizik Dergisi, erken yıldız oluşumunu gösteren ve bilim adamlarına ilk yıldızların ve galaksilerin ne zaman oluştuğuna dair daha net bir resim veren kozmik hidrojenden gelen radyo sinyalleri üzerinde yeni üst sınırlar sunuyor. Bu bulgular, kozmik şafağın kökenleri üzerine hipotez kuran teorik modelleri daraltıyor.

HERA bulguları, HERA’nın gelişiminin çok erken bir aşamasında toplandığı için kısmen çok önemlidir. Bir dizi radyo çanağı olarak çalışan teleskop, şu anda nihai boyutunun sadece küçük bir bölümünde oturuyor – veriler, HERA’nın 52 konuşlandırılmış anteninden sadece 39’undan toplandı. Tam haliyle, toplam 350 anten olacaktır. Tamamen inşa edildikten sonra HERA, daha da büyük veri kümelerini ve bilgileri daha uzaklardan ve dolayısıyla zamanda daha geriye toplamak için yeterince hassas olacaktır.

Gazetenin baş yazarı Kern, “Henüz yapabileceğimizi tam olarak yapmıyoruz” diyor. “Bu sonuç, bir varlık olarak teleskopun bir gösterimidir. Bu, bir tür çerçeve, bir ana kaya olan, gelecekteki tüm analizler için ileriye dönük bir veri analizinde ilk geçişin bir gösterimidir.”

bir sinyal aramak

Kozmik şafağa bakmak için HERA, kolayca gözlemlenemeyen sinyalleri tanımlamak için düşük frekanslı radyo dalgaları kullanır. Bu, uzaydaki gözlemlenebilir maddenin sadece yüzde 5’ini oluşturan galaksiler gibi yapıları gözlemleyen Hubble Uzay Teleskobu gibi diğer teleskoplardan farklıdır. Maddenin diğer yüzde 95’i, düşük yoğunluklu hidrojen de dahil olmak üzere galaksiler arasındaki şeydir. HERA ile bilim adamları, galaksiler arasında neler olup bittiğine bakabilir ve bu bilgiyi, gözlemleyemediğimiz galaksilerin neler yaptığını ve galaksi oluşumunun etrafındaki alanı nasıl etkilediğini çıkarmak için kullanabilir.

Evrenin tarihindeki bu dönemi anlamak için bilim adamları, nötr hidrojen gazının dalga boyu olan 21 santimetrelik çizgi olarak da bilinen “dönme çevirme sinyalini” arıyorlar. Bu radyo sinyali, galaksiler arasındaki galaksiler arası malzemeden gelir ve bu geçiş yoluyla verilen hidrojen atomlarının emisyonu ve/veya absorpsiyonu ile üretilir.

“HERA ile baktığımız şey şu: Bu çağda dönüş sinyali nasıl görünüyor?” HERA projesinin baş teorisyeni ve Los Angeles’taki California Üniversitesi’nde fizik ve astronomi doçenti olan Steve Furlanetto diyor.

Önemli olanın Yeniden İyonlaşma Çağını veya sinyalin ne zaman gözlemlendiğini belirlemek olduğunu söylüyor. “Eğer bilmek istiyoruz [the signal] absorpsiyondadır, yani X-ışınlarından önce veya X-ışınlarından sonra olan emisyondadır. Ve sonra yeniden iyonlaşma nedeniyle ortadan kaybolup kaybolmadığını görmek istiyoruz.”

Sinyalin yakalanabilen iki imzası veya işlemi vardır. Sinyal ilk olarak yıldızlar hidrojen gazını ısıttığında değişir. HERA’nın şu ana kadar aradığı ikinci kısım, ek yıldız oluşumunun ürettiği enerji ile hidrojenin iyonlaşması sırasında meydana gelen 21 cm’lik sinyalin kaybolmasıdır. Bu imza, yıldızların yaratıldığını gösterir.

Kozmik şafaktan 21 cm’lik çizgi henüz kesin olarak tespit edilmedi. Bununla birlikte, HERA’dan elde edilen yeni sonuçlar, evrenin 500 milyon yaşında olduğu zamana ait döndürme sinyalinin doğası hakkında -önceki sonuçlardan 10 kat daha hassas- veriler sağlar.

ilk bakış

Bu sonuçlarla HERA ekibi, galaksi oluşumuyla ilgili birkaç olası teoriyi dışlayan kanıtlar sunmayı başardı. En önemlisi, veriler, uzayda hidrojeni ısıtmak için bir mekanizma olması gerektiğini gösteriyor, bu da galaksilerin kara deliklere sahip olması gerektiği anlamına geliyor.

Furnaletto, “Kara delikleri olmayan galaksileriniz varsa, bu temelde göz ardı edebileceğiniz bir şey” diyor. “Bu modeller bağlamında, X-ışınlarının üretildiği kara deliklerin olması gerektiği anlamına gelen bir ısıtma olmalı.”

Gordon ve Betty Moore Vakfı ve Ulusal Bilim Vakfı’nın finansmanıyla HERA, 350 antende çalışacak ve teleskopun daha düşük frekanslı radyo dalgalarını yakalamasını ve daha yüksek kırmızıya kaymalarda görüş noktalarını etkin bir şekilde görmesini sağlayacak yeni bir anten tasarımıyla çalışacak. zaman.

HERA’nın sinyal kapasitesini genişletme proje lideri Hewitt, 2004’ten beri en erken yıldızların ne zaman oluştuğu sorusu üzerinde çalışıyor. Yeni düşük frekans bileşenlerinin prototiplenmesine öncülük ediyor ve mevcut ve gelecekteki veri kümelerini analiz etmek için daha fazla teknik geliştiriyor. . Cambridge Üniversitesi’nden alınan yeni anten tasarımı, 2022’nin başlarında kurulmalı ve elde edebilecekleri bilgi aralığını önemli ölçüde artıracak.

Hewitt, artan menzilin kozmik tarihin erken aşamaları hakkında daha fazla şey öğrenmelerine yardımcı olacağını açıklayarak, “Düşük frekanslara yapılan bu genişleme, bizi ilk yıldızlardan önceki bu döneme götürdüğü için önemlidir” diyor.

“Nasıl çalıştığı inanılmaz. Biraz yoruluyorsun, ama bazen durup ’13 milyar yıl geriye bakan bir enstrüman yapıyorum’ diye düşünüyorum, anlıyor musun?” dedi Hewitt. “Bunu gerçekten yapabilmemiz inanılmaz.”