Az Ősrobbanás fényes és drámai lehetett, de közvetlenül utána a világegyetem elsötétült, és nagyon sokáig. A tudósok úgy vélik, hogy az első csillagok az anyag sáros húslevesében jelentek meg 200 millió évvel a forró kezdet után. Mivel a modern távcsövek nem elég érzékenyek ahhoz, hogy közvetlenül megfigyeljék e csillagok fényét, a csillagászok közvetett bizonyítékokat keresnek létezésükre.
Így egy tudóscsoportnak halvány jelet sikerült felvennie ezekből a csillagokból egy asztali méretű rádióantennával, amelyet EDGES-nek hívtak. Látványos mérések, amelyek új ablakot nyitnak a korai világegyetembe, azt mutatják, hogy ezek a csillagok 180 millió évvel az Ősrobbanás után jelentek meg. A Nature-ben megjelent munka azt is sugallja, hogy a tudósok újragondolhatják, hogy miből áll a "sötét anyag" - egy rejtélyes típusú láthatatlan anyag.
A modellek azt mutatták, hogy az univerzumot elsőként megvilágító csillagok kékek és rövid életűek voltak. Az univerzumot ultraibolya fényfürdőbe merítették. Ennek a kozmikus hajnalnak az első megfigyelhető jelét már régóta "abszorpciós jelnek" - egy adott hullámhosszon bekövetkező fénycsökkenésnek - tekintik, amelyet a fény áthaladása okoz, és befolyásolja a hidrogéngáz felhőinek fizikai tulajdonságait, a világegyetem leggyakoribb elemét.
Tudjuk, hogy ezt a csökkenést az elektromágneses spektrum rádióhullám-részén kell észlelni 21 cm-es hullámhosszon.
Komplex mérés
Promóciós videó:
Kezdetben volt egy elmélet, amely mindezt megjósolta. De a gyakorlatban rendkívül nehéz megtalálni egy ilyen jelet. Ez azért van, mert összefonódik sok más, a spektrum ezen régiójában található, sokkal erősebb jelekkel - például a rádióadások közös frekvenciáival és galaxisunk más eseményeinek rádióhullámaival. A tudósok sikerének oka részben az volt, hogy a kísérletet érzékeny vevővel és egy kis antennával látták el, így viszonylag könnyen el tudta fedni az ég nagy területét.
Annak érdekében, hogy a fényerő csökkenését a korai világegyetem csillagfénye okozza, a tudósok a Doppler-elmozdulást vizsgálták. Ön ismeri ezt a hatást a hangmagasság csökkentésével, amikor egy villogó és szirénás autó elhalad mellettetek. Hasonlóképpen, ahogy a galaxisok eltávolodnak tőlünk az univerzum tágulása miatt, a fény eltolódik a vörös hullámhosszak felé. A csillagászok ezt a hatást "vöröseltolódásnak" nevezik.
A vöröseltolódás megmondja a tudósoknak, hogy a gázfelhő milyen messze van a Földtől, és milyen régen, kozmikus mércével mérve, fény bocsátott ki belőle. Ebben az esetben a 21 cm-es hullámhosszon várható fényerő-változás a gáz mozgását és távolságát jelzi. A tudósok megmérték a fényerő csökkenését, amely a különböző kozmikus időszakokban bekövetkezett, egészen addig a pillanatig, amikor az univerzum csak 180 millió éves volt, és összehasonlították jelenlegi állapotával. A legelső csillagok fénye volt.
Helló sötét anyag
A sztori ezzel nem ér véget. A tudósok meglepődve tapasztalták, hogy a jel amplitúdója kétszer akkora, mint az előrejelzés volt. Ez azt sugallja, hogy a hidrogéngáz sokkal hidegebb volt, mint amit a mikrohullámú háttérből vártak.
Ezeket az eredményeket a Nature egy másik cikkében tették közzé, és csali horgot dobtak az elméleti fizikusok számára. A fizikából ugyanis kiderül, hogy a világegyetem létének ebben az időszakában a gázt könnyű volt felmelegíteni, de nehéz lehűteni. A jelhez kapcsolódó további hűtés magyarázatához a gáznak még hidegebbel kellett kölcsönhatásba lépnie. És csak a sötét anyag volt a korai világegyetemben a kozmikus gáznál hidegebb. Az elméleti szakembereknek el kell döntenie, hogy kibővíthetik-e a kozmológia és a részecskefizika standard modelljét e jelenség magyarázatára.
Tudjuk, hogy ötször több a sötét anyag, mint a közönséges anyag, de nem tudjuk, miből áll. Számos olyan részecskeváltozatot javasoltak, amelyek a sötét anyagot alkothatják, és közülük a kedvenc a gyengén kölcsönhatásba lépő masszív részecske (WIMP).
Az új tanulmány azonban azt sugallja, hogy a sötét anyag részecske nem lehet sokkal nehezebb, mint a proton (amely az atomba a neutronnal együtt kerül be). Ez jóval a WIMP-re jósolt tömegek alatt van. Az elemzés azt is sugallja, hogy a sötét anyag hidegebb a vártnál, és lenyűgöző lehetőséget kínál arra, hogy a "21 cm-es kozmológiát" az univerzum sötét anyagának próbájaként használják. További felfedezések érzékenyebb vevőkészülékekkel és a földi rádió kevesebb interferenciájával további részleteket tárhatnak fel a sötét anyag természetéről, és talán még azt is jelzik, hogy milyen sebességgel mozog.
Ilya Khel