For lenge siden, millioner av år før den første stjernen gnistret til liv, var hele universet et hav av mørke.
Begynnelsen av omtrent 400 000 år etter Big Bang og varte hundrevis av millioner av år, markerte denne såkalte mørke alderen av universet den siste tiden da tomt rom virkelig var tomt; ingen planeter, ingen solskinn, ingen galakser, ingen liv - bare en tåke med hydrogenatomer smidd av Big Bang og overlatt til å slappe av gjennom mørket.
I dag prøver teleskoper rundt om i verden å få et glimt av det primære hydrogenet (kjent som nøytralt hydrogen) for å kartlegge øyeblikket da de mørke tidsalder endelig tok slutt og de første galaksene dannet seg. Mens de gamle atomene forblir unnvikende, kan et team av forskere i den australske outbacken ha kommet nærmere å finne dem enn noen gang før.
I følge den nye studien som ble publisert til forhåndstrykkdatabasen arXiv og snart skulle vises i Astrophysical Journal, brukte astronomer radioteleskopet Murchison Widefield Array (MWA) for å kikke dypt inn i den kosmiske fortiden på jakt etter nøytral hydrogens signaturbølgelengde. De fant ikke det de lette etter - men ved å bruke nye innstillinger på teleskopets nylig oppdaterte matrise, bestemte teamet den laveste grensen noensinne for nøytral hydrogens signalstyrke.
"Vi kan med trygghet si at hvis det nøytrale hydrogensignalet var noe sterkere enn grensen vi satte i papiret, ville teleskopet ha oppdaget det," sa studiens medforfatter Jonathan Pober, adjunkt i fysikk ved Brown University i Rhode Island. Det betyr at jakten på disse eldgamle molekylene fortsatt er på, og nå vet forskere at nøytral hydrogens fotavtrykk er enda svakere enn antatt.
De første atomene
Energien som gikk gjennom det tidlige universet var så sterk at hvert atom fikk sine elektroner revet bort, noe som ga dem en positiv ladning. Det første av disse atomene var det positivt ladede hydrogenion. I løpet av hundretusenvis av år ble universet avkjølt og utvidet nok til at disse hydrogenionene fikk tilbake elektronene sine og ble nøytrale igjen. Disse nøytrale hydrogenatomene antas å være det dominerende trekket i de kosmiske mørke tidene. (Etter hvert, når nok av dem klumpet seg sammen for å danne de første stjernene, ble atomene igjen jonisert igjen av energi som strålte fra stjernene.)
Forskere vet at nøytralt hydrogen avgir stråling med en bølgelengde på 21 centimeter - men etter hvert som universet har ekspandert de siste 12 milliarder årene, har disse bølgelengdene også strukket seg. Forfatterne av den nye studien anslått at nøytralt hydrogens bølgelengde har strukket seg til omtrent 2 meter - og det er signalet de søkte himmelen for å bruke MWA.
Problemet er at det er mange kilder (både menneskeskapte og himmelske) som stråler med samme bølgelengde.
"Alle disse andre kildene er mange størrelsesordener sterkere enn signalet vi prøver å oppdage," sa Pober. "Selv et FM-radiosignal som reflekteres av et fly som tilfeldigvis passerer over teleskopet, er nok til å forurense dataene."
Så Pober og kollegene skrev en serie ligninger for å identifisere og luke ut disse forurensningene i sine observasjoner. Etter å ha tatt mer enn 1200 radiobølgesnapsbilder av himmelen, bestemte forskerne at alle spor av 2-meters utslipp de fant kom fra et annet sted enn det nøytrale hydrogenet de lette etter.
Mens det verdsatte atomsignalet forblir uoppdaget, lykkes den nye forskningen med å begrense hvordan fremtidige søk etter nøytralt hydrogen skal se ut. I følge forskerne er disse resultatene en sterk sak om at MWA-eksperimentene leder denne jakten på rett vei. Med videre forskning kunne de siste relikviene fra de kosmiske mørke tidene snart bli brakt fram.
