ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุ Murchison Widefield Array (WMA) กำลังพยายามค้นหาสัญญาณจากดาวดวงแรกของจักรวาล ดาวดวงแรกเหล่านั้นก่อตัวขึ้นหลังจากยุคมืดของจักรวาล เพื่อค้นหาแสงแรกของพวกเขานักวิจัยกำลังมองหาสัญญาณจากไฮโดรเจนเป็นกลางซึ่งเป็นก๊าซที่ปกครองจักรวาลหลังจากยุคมืด
ต้องใช้เวลาสักพักกว่าจะได้ดาวดวงแรกก่อตัวขึ้น หลังจากบิ๊กแบงจักรวาลก็ร้อนแรงมาก ร้อนเกินไปที่อะตอมจะก่อตัว หากไม่มีอะตอมอาจไม่มีดวงดาว มันไม่ได้เป็นเช่นนั้นจนกระทั่งประมาณ 377,000 ปีหลังจากบิกแบงที่จักรวาลขยายตัวและเย็นตัวลงมากพอสำหรับอะตอมในการก่อตัวซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนที่เป็นกลางที่มีฮีเลียมเล็กน้อย (และร่องรอยของลิเธียม) หลังจากนั้นดาวฤกษ์แรกสุดเริ่มก่อตัวขึ้นในช่วงยุคของการทำให้เป็นไอออน
เพื่อค้นหาสัญญาณที่เข้าใจยากจากไฮโดรเจนที่เป็นกลางนั้น MWA ได้รับการกำหนดค่าใหม่ MWA อยู่ในระยะไกลของรัฐเวสเทิร์นออสเตรเลียและมีเสาสัญญาณวิทยุ 2048 ที่จัดเป็น 128 แผ่นเมื่อเริ่มดำเนินการในปี 2556 เพื่อค้นหาสัญญาณไฮโดรเจนเป็นกลางที่ยากจะเข้าใจจำนวนของแผ่นกระเบื้องเพิ่มขึ้นเป็น 256 เท่า จัดใหม่ ข้อมูลทั้งหมดจากตัวรับสัญญาณเหล่านี้จะถูกป้อนเข้าสู่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า Correlator
กระดาษใหม่ที่จะตีพิมพ์ใน Astrophysical Journal นำเสนอผลลัพธ์จากการวิเคราะห์ข้อมูลครั้งแรกจากอาร์เรย์ที่กำหนดค่าใหม่ บทความนี้มีชื่อว่า“ First Season MWA Phase II EoR Power Spectrum ผลลัพธ์ที่ Redshift 7” หัวหน้านักวิจัยคือ Wenyang Li นักศึกษาปริญญาเอกจาก Brown University
การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทำความเข้าใจความแข็งแกร่งของสัญญาณจากไฮโดรเจนเป็นกลาง การวิเคราะห์กำหนดขีด จำกัด ต่ำสุดสำหรับสัญญาณนั้นซึ่งเป็นผลลัพธ์สำคัญในการค้นหาสัญญาณจาง ๆ
“ เราสามารถพูดได้ด้วยความมั่นใจว่าหากสัญญาณไฮโดรเจนเป็นกลางนั้นแข็งแกร่งกว่าขีด จำกัด ที่เรากำหนดไว้ในกระดาษกล้องโทรทรรศน์ก็จะตรวจพบได้” Jonathan Pober ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบราวน์และผู้เขียนที่เกี่ยวข้องในเรื่อง กระดาษใหม่ “ การค้นพบนี้สามารถช่วยเรา จำกัด เวลาของยุคมืดของจักรวาลและดาวดวงแรกก็ปรากฏขึ้น”
แม้จะมีรายละเอียดของเหตุการณ์ในเอกภพยุคแรก แต่มีช่องว่างที่ชัดเจนในการทำความเข้าใจของเรา เรารู้ว่าหลังจากยุคมืดแล้วยุคของการปฏิรูปจึงเริ่มต้นขึ้น นั่นคือเมื่อการก่อตัวของอะตอมนำไปสู่การปรากฏตัวของโครงสร้างแรกในจักรวาลเช่นดาวกาแลคซีแคระและควาซาร์ เมื่อวัตถุเหล่านั้นก่อตัวขึ้นแสงของมันก็กระจายไปทั่วจักรวาลทำให้ไฮโดรเจนที่เป็นกลางแตกตัวเป็นไอออนอีกครั้ง หลังจากนั้นไฮโดรเจนเป็นกลางก็หายไปจากอวกาศระหว่างดวงดาว
นักวิทยาศาสตร์ต้องการทราบว่าไฮโดรเจนที่เป็นกลางเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อยุคมืดนำไปสู่ยุคของการทำให้เป็นไอออนและยุคของการทำให้เป็นไอออนได้เกิดขึ้น ดาวดวงแรกที่ก่อตัวขึ้นในเอกภพคือการสร้างโครงสร้างของสิ่งที่เราเห็นในวันนี้และเพื่อที่จะเข้าใจพวกมันนักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องหาสัญญาณจากไฮโดรเจนที่เป็นกลางในช่วงต้นนั้น
แต่นั่นไม่ใช่เรื่องง่าย สัญญาณจางและใช้เครื่องตรวจจับที่มีความไวสูงมากในการค้นหา แม้ว่าไฮโดรเจนที่เป็นกลางจะปล่อยรังสีออกมาในช่วงแรกที่ความยาวคลื่น 21 ซม. แต่สัญญาณก็ถูกยืดออกเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ ตอนนี้ประมาณ 2 เมตร ขณะนี้สัญญาณ 2 เมตรนั้นหายไปอย่างง่ายดายท่ามกลางโฮสต์ของสัญญาณอื่น ๆ เช่นสัญญาณทั้งจากธรรมชาติและจากมนุษย์ นั่นเป็นเหตุผลที่ MWA อยู่ในประเทศออสเตรเลียที่อยู่ห่างไกลเพื่อแยกเสียงรบกวนจากวิทยุออกให้ได้มากที่สุด
“ แหล่งข้อมูลอื่นทั้งหมดเหล่านี้มีขนาดของคำสั่งที่แข็งแกร่งกว่าสัญญาณที่เราพยายามตรวจจับ” Pober กล่าว “ แม้แต่สัญญาณวิทยุ FM ที่สะท้อนออกมาจากเครื่องบินที่ผ่านเหนือกล้องโทรทรรศน์ก็เพียงพอที่จะปนเปื้อนข้อมูล”
นี่คือที่พลังการประมวลผลของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Correlator เข้ามามีอำนาจในการทิ้งสัญญาณที่ปนเปื้อนและยังคำนึงถึงลักษณะของ MWA ด้วย
“ ถ้าเราดูความถี่วิทยุหรือความยาวคลื่นที่แตกต่างกันกล้องโทรทรรศน์จะทำงานแตกต่างกันเล็กน้อย” Pober กล่าว “ การแก้ไขการตอบสนองของกล้องโทรทรรศน์นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการแยกสารปนเปื้อนทางดาราศาสตร์และสัญญาณที่น่าสนใจ”
การกำหนดค่าใหม่ของอาเรย์เทคนิคการวิเคราะห์ข้อมูลพลังของซูเปอร์คอมพิวเตอร์และการทำงานอย่างหนักของนักวิจัยทำให้เกิดผลลัพธ์ กระดาษนำเสนอขีด จำกัด สูงสุดใหม่สำหรับสัญญาณจากไฮโดรเจนเป็นกลาง นี่เป็นครั้งที่สองที่นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานกับ MWA ได้เปิดตัวขีด จำกัด ใหม่ที่ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดมากขึ้น ด้วยความคืบหน้าอย่างต่อเนื่องนักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะพบสัญญาณที่เข้าใจยาก
“ การวิเคราะห์นี้แสดงให้เห็นว่าการอัพเกรดเฟสสองมีผลกระทบที่ต้องการเป็นจำนวนมากและเทคนิคการวิเคราะห์ใหม่จะปรับปรุงการวิเคราะห์ในอนาคต” Pober กล่าว “ ความจริงที่ว่ากปน. ได้ตีพิมพ์ข้อ จำกัด ที่ดีที่สุดสองประการของสัญญาณนี้ส่งผลให้เกิดความคิดที่ว่าการทดลองนี้และแนวทางของมันมีสัญญามากมาย”
มากกว่า:
- ข่าวประชาสัมพันธ์: นักวิทยาศาสตร์นิ้วใกล้ชิดกว่าที่เคยส่งสัญญาณจากรุ่งอรุณของจักรวาล
- รายงานการวิจัย: ผลของสเปกตรัมพลังงาน EWA ช่วงแรกของฤดูกาล MWA ที่ Redshift 7
- หอดูดาว MIT Haystack: ยุคแห่งการปฏิรูป
- Space Magazine: Early Galaxy Pinpoints Reionization Era
