Universet var ikke alltid et så godt opplyst sted. Den hadde sin egen mørke alder, tilbake i dagene før stjerner og galakser dannet seg. Problemet er at det ikke er noe synlig lys som reiser gjennom universet fra denne tidsperioden.
Nå bruker et team av astronomer ledet av Dr. Benjamin McKinley fra International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) og Curtin University månen for å hjelpe med å låse opp disse hemmelighetene.
Universet har sin egen historiske tidslinje, og å forstå denne nye forskningen krever en titt på denne tidslinjen. Etter at Big Bang fikk ting til å rulle, var det rundt 377 000 år der det ikke skjedde mye. Ingen stjerner hadde dannet seg ennå, og det var bare for varmt for fotoner å reise. Denne første delen av tiden har det lett å huske navnet "Early Universe."
På omtrent 377 000 årmerket hadde universet avkjølt seg nok til at det ble gjennomsiktig. På den tiden ble universet dominert av energiske hydrogenatomer. Mens de avkjølte frigjorde hydrogenet fotoner. Fotonene fra denne tiden er kjent som den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB). CMB er på en måte som en stor blitz i det øyeblikket, preget av kosmos.
377 000 årsmarkeringen var der den mørke alderen begynte, og den fortsatte til rundt 1 milliardårs markering. Det kalles den mørke alderen fordi det ikke var noen stjerner, og selvfølgelig ingen stjernelys. Det var lyset fra CMB, men det sier ikke hva vi trenger å vite. Heldigvis var ikke alt det hydrogenet som hadde avkjølt seg og forlatt CMB for astronomer å studere ennå. Hydrogenet var nå nøytralt, men de frigjorde fremdeles sporadisk foton, og disse fotonene er kjent som 21 cm spinnlinjen med nøytralt hydrogen. Puh! Ta pusten.
Noe som bringer oss til denne nye studien. Det er mye forskning på dette nøytrale hydrogenet fordi det er den mest lovende avenyen for å studere universitetets tidlige dager. Problemet er at signalet er veldig svakt, og det er innhyllet av andre lyse astrofysiske objekter i forgrunnen. Instrumentene som brukes for å måle det introduserer også systematiske effekter som må reduseres. Og det er det denne studien egentlig handler om.
Forfatterne påpeker at dette er den første i en serie artikler om denne forskningen. Bruken av Månen og Melkeveien som reflekterer den er en del av den finjusterte kalibreringen som kreves for å undersøke de 21 cm. spinnlinje med hydrogen, eller hva vi skal kalle lyset fra tidlig nøytralt hydrogen.
Dr. McKinley og de andre forskerne bruker et radioteleskop kalt Murchison Widefield Array (MWA) som ligger i et radiostille område i Western Australia Desert. MWA er et interferometer som består av 256 separate installasjoner som dekker et område på 6 kvadratkilometer. Hver av disse 256 nettstedene inneholder 16 separate mottakere, med hele systemet koblet sammen.
Det Dr. McKinley og teamet hans virkelig prøver å gjøre, er å bruke MWA til å "bore ned" gjennom lysstyrken til universet for å se lyset fra det nøytrale hydrogenet i mørke aldre. Først borer de gjennom Melkeveiens lysstyrke, deretter lyset fra andre galakser, deretter CMB. Forhåpentligvis, etter alt det som er redegjort for, er det som er igjen lyset fra det nøytrale hydrogenet. Denne studien er begynnelsen på deres forsøk på å isolere lyset fra det nøytrale hydrogenet.
"Vi har målt verdien av den gjennomsnittlige lysstyrken til vår Galaxy på det stedet der Månen oppstår, for å vise at teknikken fungerer." - Dr. McKinley, ICRAR.
I dette tidlige eksperimentet brukte teamet mulighetene til Murchison Widefield Array for å måle svingninger i den gjennomsnittlige lysstyrken på himmelen. De gjorde dette ved å bruke Månen til å blokkere himmelen. I en e-postutveksling med Space Magazine forklarte Dr. McKinley prosessen. Så vi bruker månen til å produsere en svingning om middelverdien ved å sette den i vårt synsfelt for å okkultere himmelen. Vi antar at vi kjenner månens lysstyrke (basert på dens temperatur), og at vi kan utlede middelens temperatur på himmelen. "
Problemet er at månen også er en reflekterende kropp. Universet lever med radiobølger som spretter rundt, og månen reflekterer noen av dem - inkludert dem fra Melkeveien - som må redegjøres for. Som Dr. McKinley sier: “Men månens temperatur bestemmes ikke bare av temperaturen. Den reflekterer også radiobølger, inkludert de som stammer fra Jorden, og de som kommer fra verdensrommet. Det var grunnen til at jeg måtte modellere Melkeveien som spretter av månen inn i teleskopet. Vi beregner hva refleksjonen skal være basert på en modell av Melkeveien og bruker den deretter i vår analyse (trekke den bort fra månens lysstyrke). ”
Det fascinerende bildet av Melkeveien reflektert fra månen er ikke bare et pent bilde. Det representerer et slags konseptbevis for teamets målemetoder. "Vi har målt verdien av den gjennomsnittlige lysstyrken på vår galakse på det stedet der månen forekommer den, for å vise at teknikken fungerer," sier Dr. McKinley til Space Magazine.
Dr. McKinley og teamet hans er bare i begynnelsen av det de håper vil være en fruktbar linje med undersøkelser. De må fortsatt avgrense måten de står for forgrunnen og bakgrunnsutslipp for å isolere de tidlige utslippene av hydrogenradio. Men hvis de kan, vil de ha åpnet et vindu mot den unnvikende 21 cm spinnlinjen med nøytralt hydrogen. Og hvis de kan observere det, håper de å svare på noen grunnleggende spørsmål om universets historie.
- Forskningsartikkel: "Måling av det globale 21 cm-signalet med MWA-I: forbedrede målinger av den galaktiske synkrotronbakgrunnen ved bruk av månens okkultasjon"
- ICRAR pressemelding: "Moon hjelper til med å avsløre universets hemmeligheter"
- Wikipedia-inngang: Kronologi av universet
