Oppfinnelsen av CAT-skanningen førte til en revolusjon innen medisinsk diagnose. Der røntgenstråler bare gir et flatt todimensjonalt syn på menneskekroppen, gir en CAT-skanning et mer avslørende tredimensjonalt syn. For å gjøre dette tar CAT-skanninger mange virtuelle "skiver" elektronisk og setter dem sammen til et 3D-bilde.
Nå er en ny teknikk som ligner CAT-skanninger, kjent som tomografi, klar til å revolusjonere studiet av det unge universet og slutten på den kosmiske "mørke tidsalder." Rapportering 11. november 2004, utgaven av Nature, astrofysikere J. Stuart B. Wyithe (University of Melbourne) og Abraham Loeb (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) har beregnet størrelsen på kosmiske strukturer som vil bli målt når astronomer effektivt ta CAT-skanningslignende bilder av det tidlige universet. Disse målingene vil vise hvordan universet utviklet seg i løpet av sine første milliarder år av eksistens.
"Til nå har vi vært begrenset til et enkelt øyeblikksbilde av universets barndom - den kosmiske mikrobølgebakgrunnen," sier Loeb. "Denne nye teknikken lar oss se et helt album fullt av universets babybilder. Vi kan se universet vokse opp og bli eldre. ”
Skiveplass
Hjertet i tomografiteknikken beskrevet av Wyithe og Loeb er studien av stråling fra 21 centimeter bølgelengde fra nøytrale hydrogenatomer. I vår egen galakse har denne strålingen hjulpet astronomer med å kartlegge Melkeveiens sfæriske glorie. For å kartlegge det fjerne unge universet, må astronomer oppdage 21 cm stråling som er blitt forskjøvet: strukket til lengre bølgelengder (og lavere frekvenser) ved utvidelse av selve rommet.
Redshift er direkte korrelert til avstand. Jo lenger en sky av hydrogen kommer fra Jorden, jo mer blir strålingen omdøpt. Derfor, ved å se på en spesifikk frekvens, kan astronomer fotografere en "skive" av universet på en spesifikk avstand. Ved å gå gjennom mange frekvenser, kan de fotografere mange skiver og bygge opp et tredimensjonalt bilde av universet.
"Tomografi er en komplisert prosess, og det er en av grunnene til at det ikke har blitt gjort før på veldig høye rødskift," sier Wyithe. "Men det er også veldig lovende fordi det er en av få teknikker som lar oss studere de første milliard årene av universets historie."
A Soap Bubble Universe
De første milliarder årene er kritiske fordi det var da de første stjernene begynte å skinne og de første galakser begynte å danne seg i kompakte klynger. Disse stjernene brant varmt og ga ut enorme mengder ultrafiolett lys som ioniserte nærliggende hydrogenatomer, splitter elektroner fra protoner og ryddet bort tåken med nøytral gass som fylte det tidlige universet.
Unge galakse-klynger ble snart omgitt av bobler av ionisert gass omtrent som såpebobler som svevde i et vannkar. Etter hvert som mer ultrafiolett lys oversvømmet rommet, vokste boblene større og smeltet gradvis sammen. Etter hvert, omtrent en milliard år etter Big Bang, ble hele det synlige universet ionisert.
For å studere det tidlige universet når boblene var små og gassen stort sett nøytral, må astronomer ta skiver gjennom verdensrommet som om de skiver en blokk sveitsisk ost. Loeb sier at akkurat som med ost, "hvis skivene våre av universet er for smale, vil vi fortsette å slå de samme boblene. Utsikten vil aldri endre seg. ”
For å få virkelig nyttige målinger, må astronomer ta større skiver som treffer forskjellige bobler. Hver skive må være bredere enn bredden på en typisk boble. Wyithe og Loeb beregner at de største individuelle boblene nådde størrelser på omtrent 30 millioner lysår over i det tidlige universet (tilsvarer mer enn 200 millioner lysår i det utvidede universet i dag). Disse viktige spådommene vil lede utformingen av radioinstrumenter for å utføre tomografiske studier.
Astronomer vil snart teste Wyithe og Loebs spådommer ved hjelp av en rekke antenner som er innstilt til å operere på 100-200 megahertz-frekvensene med rødskiftet 21 cm hydrogen. Kartlegging av himmelen ved disse frekvensene er ekstremt vanskelig på grunn av menneskeskapte forstyrrelser (TV og FM-radio) og virkningene av jordens ionosfære på lavfrekvente radiobølger. Ny rimelig elektronikk og datateknologi vil imidlertid gjøre omfattende kartlegging mulig før slutten av tiåret.
"Stuart og Avis beregninger er vakre fordi når vi først har bygd opp gruppene våre, vil prediksjonene være enkle å teste når vi tar våre første glimt fra det tidlige universet," sier Smithsonian radioastronom Lincoln Greenhill (CfA).
Greenhill jobber for å skape de første glimtene gjennom et forslag om å utstyre National Science Foundation's Very Large Array med de nødvendige mottakere og elektronikk, finansiert av Smithsonian. "Med hell vil vi lage de første bildene av skjell av varmt materiale rundt flere av de yngste kvasarene i universet," sier Greenhill.
Wyithe og Loebs resultater vil også bidra til å veilede utformingen og utviklingen av neste generasjons radioobservatorier som bygges fra grunnen av, for eksempel det europeiske LOFAR-prosjektet og en rekke foreslått av et amerikansk-australsk samarbeid for konstruksjon i den radiostille outbacken av Vest-Australia.
Original kilde: Harvard CfA News Release
