Vaizdo kreditas: NASA
Astronomai, norintys ištirti ankstyvąją visatą, susiduria su pagrindine problema. Kaip stebite, kas egzistavo „tamsiuoju amžiumi“, prieš tai, kai susiformavo pirmosios žvaigždės, kad tai įsižiebtų? Teoretikai Abrahamas Loebas ir Matiasas Zaldarriaga (Harvardo-Smithsoniano astrofizikos centras) rado sprendimą. Jie apskaičiavo, kad astronomai gali aptikti pirmuosius atomus ankstyvojoje visatoje ieškodami šešėlių, kuriuos jie meta.
Norėdami pamatyti šešėlius, stebėtojas turi ištirti kosminį mikrobangų foną (CMB) - radiaciją, likusią nuo rekombinacijos eros. Kai visata buvo maždaug 370 000 metų, ji pakankamai atvėso, kad elektronai ir protonai galėtų susijungti, rekombinuodamiesi į neutralius vandenilio atomus ir leisdami relikto CMB radiacijai iš Didžiojo sprogimo pastoti beveik netrukdomai per kosmosą pastaruosius 13 milijardų metų.
Laikui bėgant kai kurie CMB fotonai susidūrė su vandenilio dujų sankaupomis ir buvo absorbuoti. Ieškodami regionų, kuriuose yra mažiau fotonų - regionų, kuriuos uždengia vandenilis - astronomai gali nustatyti materijos pasiskirstymą pačioje ankstyvojoje visatoje.
„Mikrobangų danguje yra labai daug informacijos, kuri galėtų mus nepaprastai tiksliai išmokyti apie pradines visatos sąlygas“, - sakė Loebas.
Infliacija ir tamsi medžiaga
Kad absorbuotų CMB fotonus, vandenilio temperatūra (konkrečiai jo sužadinimo temperatūra) turi būti žemesnė nei CMB radiacijos temperatūra - sąlygos, kurios egzistavo tik tada, kai Visata buvo nuo 20 iki 100 milijonų metų (Visatos amžius: 13,7 milijardo metų). Atsitiktinai, tai taip pat yra gerokai prieš formuojantis žvaigždėms ar galaktikoms, atidarius unikalų langą į vadinamuosius „tamsius amžius“.
Studijuodami CMB šešėlius, astronomai taip pat gali stebėti daug mažesnes struktūras, nei buvo įmanoma anksčiau, naudojant tokius instrumentus kaip „Wilkinson Microwave Anisotropy Probe“ (WMAP) palydovas. Šešėlinė technika gali aptikti ne mažiau kaip 30 000 šviesmečių vandenilio sankaupų dabartinėje visatoje arba tik 300 šviesos metų ekvivalentą pirmykštėje visatoje. (Mastelis didėjo, plečiantis visatai.) Tokia skiriamoji geba yra 1000 kartų geresnė nei WMAP skiriamoji geba.
Šis metodas suteikia žvilgsnį į ankstyvosios visatos fiziką, būtent infliacijos epocha, per kurią, kaip manoma, buvo sukurti medžiagos pasiskirstymo svyravimai. Be to, mes galėtume nustatyti, ar neutrinai ar nežinomos rūšies dalelės iš esmės prisideda prie „tamsiosios medžiagos“ kiekio visatoje. Šie klausimai - kas nutiko infliacijos epochoje ir kas yra tamsiosios materijos - yra pagrindinės šiuolaikinės kosmologijos problemos, į kurių atsakymus bus gautos esminės įžvalgos apie visatos prigimtį “, - sakė Loebas.
Stebėjimo iššūkis
Vandenilio atomai sugeria CMB fotonus, esant tam tikram 21 centimetro (8 colių) bangos ilgiui. Visatos plėtimasis ištiesia bangos ilgį reiškinyje, vadinamame raudonuoju poslinkiu (nes ilgesnis bangos ilgis yra raudonesnis). Todėl, norėdami stebėti 21 cm sugėrimą iš ankstyvosios visatos, astronomai turi žiūrėti į ilgesnius 6–21 metro (20–70 pėdų) bangos ilgį elektromagnetinio spektro radijo dalyje.
Stebėti CMB šešėlius radijo bangų ilgiuose bus sunku dėl priešakinių dangaus šaltinių trukdžių. Norėdami surinkti tikslius duomenis, astronomai turės naudoti naujos kartos radijo teleskopus, tokius kaip žemo dažnio matrica (LOFAR) ir kvadratinių kilometrų matrica (SKA). Nors stebėjimai bus iššūkis, potencialus pelnas yra didelis.
„Ten yra aukso kasykla, kurioje laukiama informacijos išgavimo. Nors visiškas jo aptikimas gali būti eksperimentinis iššūkis, malonu žinoti, kad jis egzistuoja ir kad galime pabandyti tai įvertinti artimiausiu metu “, - sakė Loeb.
Šis tyrimas bus paskelbtas būsimame „Physical Review Letters“ numeryje, o šiuo metu jį galima rasti internete adresu http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
Harvardo – Smithsoniano astrofizikos centras, kurio būstinė yra Kembridže, Masačusetsas, yra bendras Smithsonian Astrophysical Observatory ir Harvard College College observatorijos bendradarbiavimas. CfA mokslininkai, suskirstyti į šešis tyrimų skyrius, tiria Visatos kilmę, evoliuciją ir galutinį likimą.
Originalus šaltinis: „Harvard CfA“ spaudai
