Het observeren van de geboorte van de eerste sterren en sterrenstelsels is al tientallen jaren een doel van astronomen. Het zal de evolutie van het heelal verklaren.
De University of Cambridge's team heeft een techniek ontwikkeld waarmee ze de eerste sterren kunnen zien en bestuderen door de waterstofwolken die het heelal zo'n 378,000 jaar na de oerknal bedekten. Hun methodologie, onderdeel van het REACH-experiment (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), zal de kwaliteit en betrouwbaarheid van waarnemingen van radiotelescopen verbeteren die kijken naar deze nieuwe sleuteltijd in de ontwikkeling van het heelal.
Dr. Eloy de Lera Acedo van Cambridge's Cavendish Laboratory, de hoofdauteur van het artikel, zei: “In de tijd dat de eerste sterren werden gevormd, was het heelal grotendeels leeg en bestond het voornamelijk uit waterstof en helium. Door de zwaartekracht kwamen de elementen uiteindelijk samen door de zwaartekracht, en de omstandigheden waren goed voor kernfusie, die de eerste sterren vormde. Maar ze waren omringd door wolken van zogenaamde neutrale waterstof, die licht goed absorberen, dus het is moeilijk om het licht achter de wolken direct te detecteren of te observeren.”
"Het werkelijke resultaat zou nieuwe fysica vereisen om het te verklaren vanwege de temperatuur van het waterstofgas, dat veel koeler zou moeten zijn dan ons huidige begrip van het heelal zou toestaan. Als alternatief kan een onverklaarbare hogere temperatuur van de achtergrondstraling – doorgaans de bekende Kosmische Magnetron Achtergrond – zou de oorzaak kunnen zijn.”
"De implicaties zouden enorm zijn als we kunnen bevestigen dat het signaal dat in dat eerdere experiment werd gevonden, afkomstig was van de eerste sterren."
Astronomen onderzoeken de lijn van 21 centimeter, een elektromagnetische stralingssignatuur van waterstof in de vroeg heelal, om deze fase van de . te onderzoeken De evolutie van het universum, die vaak wordt aangeduid als de Kosmische dageraad. Ze zoeken naar een radiosignaal dat de straling van de waterstof vergelijkt met de straling achter de waterstofmist.
De techniek die door wetenschappers is ontwikkeld, maakt gebruik van Bayesiaanse statistieken om een kosmologisch signaal te identificeren in de aanwezigheid van telescoopinterferentie en algemene luchtruis, waardoor de signalen kunnen worden onderscheiden. Hiervoor zijn state-of-the-art technieken en technologieën uit verschillende vakgebieden vereist.
Ze gebruikten simulaties om een echte waarneming na te bootsen met meerdere antennes, wat de betrouwbaarheid van de gegevens verbetert - eerdere waarnemingen vertrouwden op één enkele antenne.
de Lera Acedo zei: “Onze methode analyseert gezamenlijk gegevens van meerdere antennes en over een bredere frequentieband dan vergelijkbare huidige instrumenten. Deze aanpak zal ons de nodige informatie opleveren voor onze Bayesiaanse data-analyse.”
"In wezen vergaten we traditionele ontwerpstrategieën en concentreerden we ons in plaats daarvan op het ontwerpen van een telescoop die geschikt is voor de manier waarop we de gegevens willen analyseren - zoiets als een omgekeerd ontwerp. Dit zou ons kunnen helpen om dingen te meten vanaf de Kosmische Dageraad tot in het tijdperk van reïonisatie wanneer: waterstof in de Universum werd gereïoniseerd.”
De bouw van de telescoop wordt momenteel afgerond in het Karoo-radioreservaat in Zuid-Afrika, een locatie die is gekozen vanwege de uitstekende omstandigheden voor radio-observaties van de lucht. Het is verre van door mensen veroorzaakte radiofrequentie-interferentie, zoals televisie- en FM-radiosignalen.
Professor de Villiers, co-leider van het project aan de Universiteit van Stellenbosch in Zuid-Afrika, zei: "Hoewel de antennetechnologie die voor dit instrument wordt gebruikt vrij eenvoudig is, maken de harde en externe implementatieomgeving en de strikte toleranties die vereist zijn bij de productie dit een zeer uitdagend project om aan te werken."
Hij voegde toe: "We zijn enorm enthousiast om te zien hoe goed het systeem zal presteren en hebben er het volste vertrouwen in dat we die ongrijpbare detectie zullen maken."
Journal Reference:
- E. de Lera Acedo et al.: 'De REACH-radiometer voor het detecteren van het 21-cm waterstofsignaal van roodverschuiving z ≈ 7.5–28.' Natuurastronomie (juli 2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01709-9
