Rádiójelet keresnek a világegyetem sötét korszakából

Minden eddiginél közelebb került a Washington Egyetem vezetésével, a Melbourne-i Egyetem, a Curtin Egyetem és a Brown Egyetem kutatóiból álló csoport ahhoz, hogy az univerzum sötét korszakából sikerüljön rádiójelet venni. A kutatók az ausztrál MWA (Murchinson Widefield Array) nevű alacsonyfrekvenciás rádióteleszkóp segítségével gyűjtenek jeleket a korai világegyetemből, s egy 2019-ben közzé tett előzetes felmérés alapján sikerült közel megtízszerezniük a korábbi jelszintet. A csoport tagjai jelenleg is a beérkezett adatok átvizsgálásán dolgoznak, hogy közelebb kerülhessenek a világegyetem e korai, nem ismert szakaszának megértéséhez.

„Úgy véljük, hogy e korszak körülményei nagyban meghatározták a mai világunkat, az első csillagok születésére, és az univerzum szerkezetére, mozgására kifejtett hatásukkal” – mondta Miguel Morales, a Washington Egyetem fizikaprofesszora, a kutatócsoport tagja. „A korabeli univerzum anyageloszlása valószínűleg alapvető fontosságú volt abban, hogy jelenleg miként oszlanak el a galaxisok és galaxishalmazok.”

Keepin’ it low at the MRO from ICRAR on Vimeo.

A sötét korszakot megelőzően a világegyetem forró és sűrű, s a rendszeres elektron-foton ütközések miatt átlátszatlan is volt. Kevesebb mint egymillió évvel az ősrobbanást követően ezek az ütközések megritkultak, a táguló univerzum egyre átlátszóbbá vált, s belépett a sötét korszakába. Ez a sötét, csillagtalan kor néhány százmillió éven át tartott, s ezen idő alatt a semleges (töltés nélküli) hidrogénatomok utalták a világot. „Ebből a korszakból a látható fény tartományában nem tudunk semmilyen jelet fogni, amelyet tanulmányozhatnánk, hisz még nem volt fény” – magyarázta Morales. „A semleges hidrogénből érkező speciális sugárzást azonban észlelhetjük, s bár eddig nem tudtuk elcsípni, az biztos, hogy létezik. Azonban rendkívül nehéz észlelni, hisz az azóta eltelt 13 milliárd év alatt a világunk meglehetősen zsúfolt hellyé vált, s a csillagok, a galaxisok, sőt, még a saját technológiánk is igencsak elfedik e korai jeleket.”

Planetárium számára készült illusztráció arról, milyennek  „látja” rádió tartományban az égboltot a Murchinson rádióteleszkóp.

Forrás: Murchinson Widefield Array/ Curtin University

A keresett, semleges hidrogénből eredő rádiójel 21 centiméteres hullámhosszú volt a kibocsátása idején, azonban mára már 2 méteres hullámhosszúságra nyúlt, a világegyetem tágulása során. Ha sikerül detektálni, azzal a sötét korszakról, s az azt lezáró eseményekről is sok információt lehet majd kinyerni.
Nagyjából egymilliárd éves lehetett a világegyetem, amikor az összecsomósodott hidrogénatomokból létrejött első csillagok fénye már átvilágította, és új korszak kezdődött: az újraionizáció kora. Ekkor az első csillagok energiája a semleges hidrogén legnagyobb részét plazmává változtatta, s ez a plazma uralja a csillagközi teret mind a mai napig.

A sötét kor s az ezt követő újraionizáció kora kulcsfontosságú ahhoz, hogy megértsük a világegyetemünk mai szerkezetét. Miért zsúfolódnak össze a galaxisok egyes helyeken, s miért üres másutt? Hogyan oszlik el az anyag, a sötét anyag és a sötét energia?

E kérdésekre a MWA antennái segítségével keresik a válaszokat, a rádióteleszkóp összesen 4096 dipólantennából áll, s ezek képesek a semleges hidrogénből származó alacsonyfrekvenciás jelek vételére. A jelet a rengeteg zajtól, interferenciától el kell különíteni, nemcsak a csillagászati eredetűektől, hanem a saját rádióadásainktól is. Ebben értek el tavaly áttörést a kutatók, akiknek sikerült a zaj jelentős részét letisztítani mintegy 21 órányi rádiójelről, amelyet az MWA antennái rögzítettek.

A csoportnak további 3000 órányi adattal kell még elvégeznie ezt a munkát ahhoz, hogy eljussanak a semleges hidrogén által mintegy 12-13 milliárd éve kibocsátott jelig, s ezzel a világegyetem sötét korszakának titkáig.