Observació de 26 cm ràdio Els senyals, formats a causa de la transició hiperfina de l'hidrogen còsmic ofereixen una eina alternativa a l'estudi primerenc univers. Pel que fa a l'època neutra de l'infant univers quan no s'emetia llum, les línies de 26 cm són potser només una finestra. No obstant això, aquests es van desplaçar al vermell ràdio senyals emesos per l'hidrogen còsmic al principi univers són extremadament febles i fins ara han estat esquivos. El 2018, l'experiment EDGE va informar de la detecció de senyals de 26 cm, però les troballes no es van poder confirmar de manera independent. El problema principal era la sistemàtica dels instruments i la contaminació amb els altres senyals del cel. L'experiment REACH consisteix a utilitzar una metodologia única per superar el coll d'ampolla. S'espera que aquest grup de recerca sigui capaç de detectar de manera fiable aquests senyals difícils de fer en un futur proper. Si té èxit, l'experiment REACH pot portar la "radioastronomia de 26 cm" a l'avantguarda en l'estudi dels primers univers i ens ajudeu molt a esbrinar els misteris de primerenc univers.
Quan es tracta d'estudiar univers primerenc, nom de recentment llançat Telescopi espacial James Webb (JWST) apareix a la nostra ment. JWST, un successor de gran èxit Hubble telescopi, és a spaceObservatori d'infrarojos basat en l'equip per capturar senyals òptics/infrarojos de les primeres estrelles i galàxies formades al Univers poc després del Big Bang1. No obstant això, JWST té alguna limitació pel que fa a captar senyals de l'època neutral de univers primerenc està preocupat.
Taula: Èpoques de la història de univers des del Big Bang
(Font: Filosofia de la Cosmologia – Fons 21 cm. Disponible a http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
Fins a 380 k anys després del big bang, el univers estava ple de gas ionitzat i era totalment opac. Entre 380 i 400 milions d'anys, el univers s'havia tornat neutral i transparent. L'època de reionització va començar després d'aquesta fase començant 400 milions després del big bang.
Durant l'època neutral de principis univers, quan el univers estava ple de gasos neutres i era transparent, no s'emetia cap senyal òptic (d'aquí s'anomena edat fosca). El material unificat no emet llum. Això suposa un repte en l'estudi primerenc Univers d'època neutral. Tanmateix, la radiació de microones de 21 cm de longitud d'ona (corresponent a 1420 MHz) emesa per l'hidrogen còsmic neutre i fred durant aquesta època com a resultat de la transició hiperfina (d'un gir paral·lel a un gir antiparal·lel més estable) ofereix oportunitats als investigadors. Aquesta radiació de microones de 21 cm es desplaçaria al vermell en arribar a la Terra i s'observarà a freqüències de 200 MHz a 10 MHz com a ones de ràdio.2,3.
Ràdioastronomia de 21 cm: L'observació de senyals d'hidrogen còsmic de 21 centímetres ofereix un enfocament alternatiu per a l'estudi primerenc univers sobretot de fase d'època neutra que estava desproveïda de cap emissió de llum. Això també ens pot informar sobre la nova física, com ara la distribució de la matèria al llarg del temps, l'energia fosca, la matèria fosca, les masses de neutrins i la inflació.2.
Tanmateix, els senyals de 21 cm emesos per l'hidrogen còsmic durant les primeres hores univers la fase és esquiva. S'espera que sigui extremadament feble (unes cent mil vegades més feble que altres senyals de ràdio que també emanen del cel). Com a resultat, aquest enfocament encara està en la infància.
El 2018, els investigadors havien informat de la detecció d'aquest senyal de ràdio a una freqüència de 78 MHz el perfil del qual era en gran mesura coherent amb les expectatives del senyal de 21 centímetres emès per l'hidrogen còsmic primordial.4. Però aquesta detecció del senyal de ràdio primordial de 21 cm no es va poder confirmar de manera independent, per la qual cosa no s'ha pogut establir fins ara la fiabilitat de l'experiment. El problema principal sembla ser la contaminació amb els senyals de ràdio en primer pla.
L'última fita és l'informe de Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) el 21 de juliol de 2022. REACH utilitzarà un nou enfocament experimental per detectar aquests febles senyals de ràdio còsmics evasivos, per la qual cosa ofereix una nova esperança per a la confirmació de senyals còsmics de 21 centímetres.
L'Experiment de ràdio per a l'anàlisi de l'hidrogen còsmic (REACH) és un experiment de 21 cm amb una mitjana del cel. Això té com a objectiu millorar les observacions mitjançant la gestió dels problemes als quals s'enfronten els instruments relacionats amb els senyals sistemàtics residuals a les dades. Se centra a detectar i explicar conjuntament la sistemàtica juntament amb els primers plans i el senyal cosmològic mitjançant l'estadística bayesiana. El experiment implica observacions simultànies amb dues antenes diferents, un sistema de banda ultraample (rang de desplaçament al vermell d'uns 7.5 a 28) i un calibrador de receptor basat en mesures de camp.
Aquest desenvolupament és important atès el seu potencial per ser una de les millors eines (i també rendible en relació a space-basats en observatoris com James Webb) per a l'estudi primerenc univers així com la possibilitat d'introduir una nova física fonamental.
***
Referències:
- Prasad U., 2021.James Webb Space Telescope (JWST): el primer observatori espacial dedicat a l'estudi de l'univers primerenc. Científic europeu. Publicat el 6 de novembre de 2021. Disponible a http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- Pritchard JA i Loeb A., 2012. 21 cm cosmology in the 21st century. Reports on Progress in Physics 75 086901. Disponible a https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Preimpressió a arXiv disponible a https://arxiv.org/abs/1109.6012 Versió pdf https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- Universitat d'Oxford. Filosofia de la Cosmologia – Fons 21 cm. Disponible a http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Un perfil d'absorció centrat en 78 megahertzs a l'espectre de mitjana celeste. Nature 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. El radiòmetre REACH per detectar el senyal d'hidrogen de 21 cm des del desplaçament cap al vermell z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. Desvetllant els misteris de l'Univers infantil amb el radiòmetre REACH. Disponible en línia a https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
***
