Erkən Kainatın Tədqiqi: Kosmik Hidrogendən çətin 21 sm-lik xətti aşkar etmək üçün REACH Eksperimenti 

26 sm müşahidə radio Kosmik hidrogenin yüksək incə keçidi nəticəsində əmələ gələn siqnallar ilkin tədqiqat üçün alternativ vasitə təklif edir. kainat. Körpənin neytral dövrünə gəldikdə kainat heç bir işıq yayılmadıqda, 26 sm xətlər bəlkə də yalnız pəncərədir. Ancaq bunlar qırmızıya çevrildi radio erkən kosmik hidrogen tərəfindən buraxılan siqnallar kainat son dərəcə cılızdırlar və indiyə qədər çətin idilər. 2018-ci ildə EDGE təcrübəsi 26 sm siqnalların aşkar edildiyini bildirdi, lakin tapıntılar müstəqil olaraq təsdiqlənə bilmədi. Əsas məsələ alət sistemliliyi və göydən gələn digər siqnallarla çirklənmə idi. REACH Təcrübəsi darboğazı aradan qaldırmaq üçün unikal metodologiyadan istifadə etməkdir. Bu tədqiqat qrupunun yaxın gələcəkdə bu çətin siqnalları etibarlı şəkildə aşkarlaya biləcəyinə ümid edilir. Müvəffəqiyyətli olarsa, REACH Təcrübəsi erkən tədqiqatlarda '26 sm radio astronomiyasını' ön plana çıxara bilər. kainat və erkən dövrlərin sirlərini açmaqda bizə çox kömək edir kainat. 

Araşdırmaya gəldikdə erkən kainat, adı bu yaxınlarda başladı James Webb Kosmik Teleskopu (JWST) ağlımıza gəlir. JWST, böyük uğurun davamçısı Hubble teleskop, a kosmikYerdə əmələ gələn ilk ulduzlardan və qalaktikalardan optik/infraqırmızı siqnalları tutmaq üçün təchiz olunmuş infraqırmızı rəsədxana. Kainat Böyük Partlayışdan qısa müddət sonra¹. Lakin, JWST nin neytral dövründən siqnalları götürmək kimi bəzi məhdudiyyətlərə malikdir erkən kainat narahat edir.  

Cədvəl: Tarixin dövrləri kainat Böyük Partlayışdan bəri  

(Mənbə: Kosmologiyanın Fəlsəfəsi – 21 sm fon. Buradan əldə etmək olar http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Böyük partlayışdan sonra 380 min ilə qədər kainat ionlaşmış qazla dolu idi və tamamilə qeyri-şəffaf idi. 380k - 400 milyon il arasında kainat neytral və şəffaf olmuşdur. Böyük partlayışdan sonra 400 milyondan başlayaraq yenidən ionlaşma epoxası bu mərhələdən sonra başladı.  

Erkən neytral dövrdə kainat, zaman kainat neytral qazlarla dolu idi və şəffaf idi, heç bir optik siqnal yayılmırdı (buna görə də qaranlıq yaş adlanır). Birləşdirilmiş material işıq yaymır. Bu, erkən tədqiqatlarda çətinlik yaradır Kainat neytral dövrün. Bununla belə, bu epoxda soyuq, neytral kosmik hidrogen tərəfindən ifraz olunan 21 sm dalğa uzunluğunda (1420 MHz-ə uyğun) mikrodalğalı şüalanma (paralel spindən daha sabit anti-paralel fırlanmaya) nəticəsində tədqiqatçılara imkanlar açır. Bu 21 sm mikrodalğalı radiasiya Yerə çatdıqdan sonra qırmızıya sürüşəcək və radio dalğaları kimi 200 MHz ilə 10 MHz tezliklərdə müşahidə olunacaq.^2,3.  

21 sm radio astronomiyası: 21 santimetrlik kosmik hidrogen siqnallarının müşahidəsi erkən tədqiqatlara alternativ yanaşma təklif edir. kainat xüsusilə heç bir işıq emissiyasından məhrum olan neytral dövr mərhələsi. Bu, həm də bizə maddənin zamanla paylanması, qaranlıq enerji, qaranlıq maddə, neytrino kütlələri və inflyasiya kimi yeni fizika haqqında məlumat verə bilər.².  

Bununla belə, erkən dövrdə kosmik hidrogen tərəfindən yayılan 21 sm-lik siqnallar kainat mərhələsi qaçılmazdır. Onun son dərəcə zəif olacağı gözlənilir (səmadan yayılan digər radio siqnallarından təxminən yüz min dəfə zəif). Nəticədə, bu yanaşma hələ körpəlik mərhələsindədir.  

2018-ci ildə tədqiqatçılar 78 MHz tezliyində belə bir radio siqnalının aşkar edildiyini bildirdilər, onun profili ibtidai kosmik hidrogenin buraxdığı 21 santimetrlik siqnal üçün gözləntilərə əsasən uyğundur.⁴. Lakin 21 sm-lik ilkin radiosiqnalın bu aşkarlanması müstəqil olaraq təsdiqlənə bilmədi, buna görə də təcrübənin etibarlılığını indiyə qədər müəyyən etmək mümkün olmadı. Əsas məsələ ön planda olan radio siqnalları ilə çirklənmə kimi görünür.  

Ən son mərhələ Kosmik Hidrogenin Təhlili üçün Radio Təcrübəsinin (REACH) 21 iyul 2022-ci il tarixli hesabatıdır. REACH bu zəif, çətin kosmik radio siqnallarını aşkar etmək üçün yeni eksperimental yanaşmadan istifadə edəcək və bununla da 21 santimetrlik kosmik siqnalların təsdiqi üçün yeni bir ümid təqdim edəcək.  

Kosmik Hidrogenin Təhlili üçün Radio Təcrübəsi (REACH) göydə orta hesabla 21 sm-lik bir təcrübədir. Bu, məlumatlarda qalıq sistematik siqnallarla bağlı alətlərin üzləşdiyi problemləri idarə etməklə müşahidələri təkmilləşdirmək məqsədi daşıyır. O, Bayes statistikasından istifadə edərək ön planlar və kosmoloji siqnal ilə birlikdə sistematikanın aşkarlanmasına və birgə izah edilməsinə diqqət yetirir. The sınaq iki müxtəlif antena, ultra genişzolaqlı sistem (təxminən 7.5-dən 28-ə qədər qırmızı sürüşmə diapazonu) və sahədə ölçmələrə əsaslanan qəbuledici kalibratorla eyni vaxtda müşahidələri əhatə edir.  

Bu inkişaf, ən yaxşı vasitələrdən biri olmaq potensialını nəzərə alsaq, əhəmiyyətlidir (və vis-a-vis üçün çox sərfəli). kosmikkimi əsaslı rəsədxanalar James Webb) erkən öyrənilməsi üçün kainat eləcə də yeni fundamental fizikanın başlanğıcı ehtimalı.  

*** 

References:  

1. Prasad U., 2021. James Webb Kosmik Teleskopu (JWST): Erkən Kainatın Tədqiqinə həsr olunmuş İlk Kosmik Rəsədxana. Elmi Avropa. 6 noyabr 2021-ci ildə göndərilib http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/

2. Pritchard JA və Loeb A., 2012. 21-ci əsrdə 21 sm kosmologiya. Fizika üzrə Tərəqqi Hesabatları 75 086901. Burada mövcuddur https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv-də əvvəlcədən çap etmək olar https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf versiyası  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. Oksford Universiteti. Kosmologiya fəlsəfəsi – 21 sm fon. Burada mövcuddur http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Göydəki orta spektrdə 78 meqahersdə mərkəzləşmiş udma profili. Təbiət 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Qırmızı yerdəyişmə z ≈ 21–7.5-dən 28 sm-lik hidrogen siqnalını aşkar etmək üçün REACH radiometri. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. REACH radiometri ilə körpə Kainatın sirlərini açmaq. Onlayn olaraq əldə etmək olar  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***