Semnalul care le poate dezvălui astronomilor cum erau, de fapt, primele galaxii

Cercetătorii au reușit să facă unele determinări cheie cu privire la primele galaxii care au existat, în cadrul unuia dintre primele studii astrofizice ale perioadei din Universul timpuriu în care s-au format primele stele și galaxii, cunoscută sub numele de zorii cosmici.

Utilizând datele furnizate de radiotelescopul indian SARAS3, cercetătorii coordonați de Universitatea din Cambridge, Marea Britanie au reușit să analizeze Universul foarte timpuriu – la doar 200 de milioane de ani după Big Bang – și să stabilească limite privind masa și energia produsă de primele stele și galaxii.

• De ce dormitul mai mult în weekend poate fi sănătos?
• De ce oamenii care sforăie nu se trezesc din cauza propriului zgomot?

În mod contraintuitiv, cercetătorii au reușit să stabilească aceste limite pentru primele galaxii prin faptul că nu au găsit semnalul pe care îl căutau, cunoscut sub numele de linia de hidrogen de 21 de centimetri.

Această nedetectare le-a permis cercetătorilor să facă alte determinări despre zorii cosmici, plasând limite asupra primelor galaxii, permițându-le să excludă scenarii care includ galaxii care erau încălzitori ineficienți ai gazului cosmic și producători eficienți de emisii radio.

Indicii cheie despre primele galaxii

Proiectul SKA – care implică două telescoape de ultimă generație, care urmează să fie finalizate până la sfârșitul deceniului – va putea probabil să realizeze imagini ale Universului timpuriu, însă pentru telescoapele actuale provocarea este de a detecta semnalul cosmologic al primelor stele radiate de norii groși de hidrogen.

Acest semnal este cunoscut sub numele de linia de emisie de 21 centimetri – un semnal radio produs de atomii de hidrogen în Universul timpuriu, potrivit Phys.org.

Spre deosebire de recent lansatul JWST, care va fi capabil să obțină imagini directe ale galaxiilor individuale din Universul timpuriu, studiile liniei de 21 de centimetri, realizate cu radiotelescoape precum REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), condus de Cambridge, ne pot spune despre populații întregi de galaxii chiar mai timpurii. Primele rezultate sunt așteptate de la REACH la începutul anului 2023.

Pentru a detecta linia de 21 de centimetri, astronomii caută un semnal radio produs de atomii de hidrogen din Universul timpuriu, afectat de lumina primelor stele și de radiația din spatele ceții de hidrogen.

La începutul acestui an, aceiași cercetători au dezvoltat o metodă care, spun ei, le va permite să vadă prin ceața din Universul timpuriu și să detecteze lumina de la primele stele. Unele dintre aceste tehnici au fost deja puse în practică în cadrul studiului actual.

Semnalul, produs de atomii de hidrogen în Universul timpuriu

În 2018, un alt grup de cercetare care operează experimentul EDGES a publicat un rezultat care a sugerat o posibilă detectare a acestei prime lumini. Semnalul raportat a fost neobișnuit de puternic în comparație cu ceea ce se așteaptă în cea mai simplă imagine astrofizică a Universului timpuriu. Recent, datele SARAS3 au contestat această ddetecție.

Într-o reanaliză a datelor SARAS3, echipa condusă de Cambridge a testat o varietate de scenarii astrofizice care ar putea explica rezultatul EDGES, dar nu a găsit un semnal corespunzător. În schimb, echipa a reușit să stabilească anumite limite privind proprietățile primelor stele și galaxii.

Rezultatele analizei SARAS3 reprezintă prima dată când observațiile radio ale liniei medii de 21 de centimetri au putut oferi o perspectivă asupra proprietăților primelor galaxii sub forma unor limite ale principalelor lor proprietăți fizice.

Cum a trecut Universul de la întuneric, la tărâmul complex de stele și galaxii?

„Căutam un semnal cu o anumită amplitudine”, a declarat Harry Bevins, doctorand la Laboratorul Cavendish din Cambridge și autorul principal al studiului, publicat în Nature Astronomy.

„Dar, prin faptul că nu am găsit acel semnal, putem pune o limită asupra adâncimii sale. Aceasta, la rândul său, începe să ne informeze cu privire la cât de luminoase au fost primele galaxii.”

„Analiza noastră a arătat că semnalul de hidrogen ne poate informa cu privire la populația primelor stele și galaxii”, a declarat co-autorul principal, dr. Anastasia Fialkov de la Institutul de Astronomie din Cambridge. „Analiza noastră pune limite asupra unora dintre proprietățile cheie ale primelor surse de lumină, inclusiv masele primelor galaxii și eficiența cu care aceste galaxii pot forma stele. De asemenea, abordăm și problema eficienței cu care aceste surse emit radiații cu raze X, radio și ultraviolete.”

„Acesta este un prim pas pentru noi în ceea ce sperăm să fie un deceniu de descoperiri despre modul în care Universul a trecut de la întuneric și goliciune la tărâmul complex de stele, galaxii și alte obiecte cerești pe care le putem vedea astăzi de pe Pământ”, a declarat dr. Eloy de Lera Acedo de la Cavendish Laboratory din Cambridge, Marea Britanie.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Astronomii au observat, în premieră, strălucirea dintre galaxiile îndepărtate

Poate într-adevăr Telescopul Webb să vadă galaxiile alcătuite din stele primordiale?

Telescopul Spațial James Webb dezvăluie indicii despre moleculele din galaxii

Secretele unei perechi de galaxii, dezvăluite de Telescoapele Webb și Hubble