Astronomët zhvillojnë një mënyrë të re për të ‘shikuar’ yjet e parë përmes mjegullës së universit të hershëm

Një ekip astronomësh ka zhvilluar një metodë që do t’i lejojë ata të “shikojnë” përmes mjegullës së universit të hershëm dhe të zbulojnë dritën nga yjet dhe galaktikat e para.

Studiuesit, të udhëhequr nga Universiteti i Kembrixhit, kanë zhvilluar një metodologji që do t’i lejojë ata të vëzhgojnë dhe studiojnë yjet e parë përmes reve të hidrogjenit që mbushën universin rreth 378,000 vjet pas Big Bengut.

Vëzhgimi i lindjes së yjeve dhe galaktikave të para ka qenë një synim i astronomëve për dekada, pasi do të ndihmojë në shpjegimin se si universi evoluoi nga zbrazëtia pas Big Bengut në sferën komplekse të objekteve qiellore që vëzhgojmë sot, 13.8 miliardë vjet më vonë.

Vargu Kilometer katror (SKA) – një teleskop i gjeneratës së ardhshme që do të përfundojë deri në fund të dekadës – ka të ngjarë të jetë në gjendje të bëjë imazhe të dritës më të hershme në univers, por për teleskopët aktualë sfida është të zbulojnë kozmologjinë sinjali i yjeve përmes reve të trasha të hidrogjenit.

Sinjali që astronomët synojnë të zbulojnë pritet të jetë afërsisht njëqind mijë herë më i dobët se sinjalet e tjera radio që vijnë gjithashtu nga qielli – për shembull, sinjalet radio me origjinë nga galaktika jonë.

Përdorimi i një radio teleskopi në vetvete paraqet shtrembërime në sinjalin e marrë, të cilat mund të errësojnë plotësisht sinjalin kozmologjik me interes. Kjo konsiderohet një sfidë ekstreme vëzhguese në kozmologjinë moderne të radios. Të tilla shtrembërime të lidhura me instrumentet zakonisht fajësohen si pengesa kryesore në këtë lloj vëzhgimi.

Tani ekipi i udhëhequr nga Kembrixhi ka zhvilluar një metodologji për të parë përmes reve fillestare dhe sinjaleve të tjera të zhurmës së qiellit, duke shmangur efektin e dëmshëm të shtrembërimeve të paraqitura nga teleskopi radio. Metodologjia e tyre, pjesë e eksperimentit REACH (Eksperimenti radiofonik për analizën e hidrogjenit kozmik), do t’i lejojë astronomët të vëzhgojnë yjet më të hershëm përmes ndërveprimit të tyre me retë e hidrogjenit, në të njëjtën mënyrë që ne do të konkludojmë një peizazh duke parë hijet në mjegull.

Metoda e tyre do të përmirësojë cilësinë dhe besueshmërinë e vëzhgimeve nga teleskopët radio që shikojnë këtë kohë kyçe të paeksploruar në zhvillimin e universit. Vëzhgimet e para nga REACH priten më vonë këtë vit.

“Në kohën kur u formuan yjet e parë, universi ishte kryesisht bosh dhe i përbërë kryesisht nga hidrogjen dhe helium”, tha Dr. Eloy de Lera Acedo nga Laboratori Cavendish i Kembrixhit, autori kryesor i gazetës.

Ai shtoi, “Për shkak të gravitetit, elementët përfundimisht u bashkuan dhe kushtet ishin të përshtatshme për shkrirjen bërthamore, që është ajo që formoi yjet e parë. Por ata u rrethuan nga retë e të ashtuquajturit hidrogjen neutral, të cilat thithin dritën shumë mirë, kështu që është e vështirë të zbulosh ose vëzhgosh dritën pas reve drejtpërdrejt.”

Në vitin 2018, një grup tjetër kërkimor (duke drejtuar “Eksperimentin për Zbulimin e Epokës Globale të Nënshkrimit të Reionizimit” – ose EDGES) publikoi një rezultat që lë të kuptohet për një zbulim të mundshëm të kësaj drite më të hershme, por astronomët nuk kanë qenë në gjendje të përsërisin rezultatin – duke i udhëhequr ata të besohet se rezultati origjinal mund të ketë qenë për shkak të ndërhyrjes nga teleskopi që po përdoret.

“Rezultati origjinal do të kërkonte fizikë të re për ta shpjeguar atë, për shkak të temperaturës së gazit të hidrogjenit, e cila duhet të jetë shumë më e ftohtë se sa do të lejonte kuptimi ynë aktual i universit. Përndryshe, një temperaturë më e lartë e pashpjegueshme e rrezatimit të sfondit – zakonisht supozohet të të jetë sfondi i mirënjohur i mikrovalës kozmike – mund të jetë shkaku,” tha de Lera Acedo.

“Nëse ne mund të konfirmojmë se sinjali i gjetur në atë eksperiment të mëparshëm ishte me të vërtetë nga yjet e parë, implikimet do të ishin të mëdha.”

Për të studiuar këtë periudhë në zhvillimin e universit, shpesh të referuar si Agimi Kozmik, astronomët studiojnë linjën 21 centimetra – një nënshkrim rrezatimi elektromagnetik nga hidrogjeni në universin e hershëm. Ata kërkojnë një sinjal radio që mat kontrastin midis rrezatimit nga hidrogjeni dhe rrezatimit pas mjegullës së hidrogjenit.

Metodologjia e zhvilluar nga de Lera Acedo dhe kolegët e tij përdor statistikat Bayesian për të zbuluar një sinjal kozmologjik në prani të ndërhyrjes nga teleskopi dhe zhurmës së përgjithshme nga qielli, në mënyrë që sinjalet të mund të ndahen.

Për ta bërë këtë, janë kërkuar teknika dhe teknologji moderne nga fusha të ndryshme.

Studiuesit përdorën simulime për të imituar një vëzhgim real duke përdorur antena të shumta, gjë që përmirëson besueshmërinë e të dhënave – vëzhgimet e mëparshme janë mbështetur në një antenë të vetme.

“Metoda jonë analizon së bashku të dhënat nga antena të shumta dhe në një brez më të gjerë frekuencash sesa instrumentet aktuale ekuivalente. Kjo qasje do të na japë informacionin e nevojshëm për analizën tonë të të dhënave Bayesian,” tha de Lera Acedo.

“Në thelb, ne harruam strategjitë tradicionale të projektimit dhe në vend të kësaj u fokusuam në projektimin e një teleskopi të përshtatshëm për mënyrën se si planifikojmë të analizojmë të dhënat – diçka si një dizajn invers. Kjo mund të na ndihmojë të masim gjërat nga Agimi Kozmik dhe në epokën e rijonizimit , kur hidrogjeni në univers u rijonizua.”

Ndërtimi i teleskopit është duke u finalizuar aktualisht në rezervatin radio Karoo në Afrikën e Jugut, një vend i zgjedhur për kushtet e tij të shkëlqyera për vëzhgimet me radio të qiellit. Është shumë larg nga ndërhyrjet e frekuencave të radios të krijuara nga njeriu, për shembull sinjalet televizive dhe radio FM.

Ekipi REACH prej mbi 30 studiuesish është multidisiplinar dhe i shpërndarë në mbarë botën, me ekspertë në fusha të tilla si kozmologjia teorike dhe vëzhguese, dizajni i antenave, instrumentimi i radiofrekuencave, modelimi numerik, përpunimi dixhital, të dhënat e mëdha dhe statistikat Bayesian. REACH bashkë-drejtohet nga Universiteti i Stellenbosch në Afrikën e Jugut.

Profesor de Villiers, bashkëdrejtues i projektit në Universitetin e Stellenbosch në Afrikën e Jugut tha: “Megjithëse teknologjia e antenës e përdorur për këtë instrument është mjaft e thjeshtë, mjedisi i ashpër dhe i largët i vendosjes dhe tolerancat strikte të kërkuara në prodhim, bëjnë që ky është një projekt shumë sfidues për të punuar.”

“Ne jemi jashtëzakonisht të emocionuar për të parë se sa mirë do të funksionojë sistemi dhe kemi besim të plotë se do ta bëjmë atë zbulim të pakapshëm.”

Big Bengu dhe kohët shumë të hershme të universit janë epoka të kuptuara mirë, falë studimeve të rrezatimit të Sfondit të Mikrovalës Kozmike (CMB). Kuptohet akoma më mirë evolucioni i vonë dhe i përhapur i yjeve dhe objekteve të tjera qiellore. Por koha e formimit të dritës së parë në Kozmos është një pjesë thelbësore që mungon në enigmën e historisë së universit.