Veliki pok je morda bil svetel in dramatičen, toda takoj za tem je vesolje zatemnilo in to zelo dolgo. Znanstveniki verjamejo, da so se prve zvezde pojavile v blatni juhi snovi 200 milijonov let po vročem začetku. Ker sodobni teleskopi niso dovolj občutljivi za neposredno opazovanje svetlobe teh zvezd, astronomi iščejo posredne dokaze o njihovem obstoju.
Tako je skupini znanstvenikov z namizno radijsko anteno EDGES uspelo ujeti šibek signal teh zvezd. Spektakularne meritve, ki odpirajo novo okno v zgodnje vesolje, kažejo, da so se te zvezde pojavile 180 milijonov let po velikem poku. Delo, objavljeno v Nature, prav tako nakazuje, da bi znanstveniki lahko premislili, iz česa je "temna snov" - skrivnostna vrsta nevidne snovi.
Modeli so pokazali, da so bile prve zvezde, ki so osvetlile vesolje, modre in kratkotrajne. Vesolje so potopili v kopel z ultravijolično svetlobo. Prvi opazni signal te kozmične zore že dolgo velja za "absorpcijski signal" - padec svetlosti pri določeni valovni dolžini -, ki ga povzroča prehod svetlobe in vpliva na fizikalne lastnosti oblakov vodikovega plina, najbolj razširjenega elementa v vesolju.
Vemo, da je treba ta padec zaznati v delu valov elektromagnetnega spektra pri valovni dolžini 21 cm.
Kompleksno merjenje
Promocijski video:
Na začetku je obstajala teorija, ki je vse to napovedovala. Toda v praksi je tak signal najti izjemno težko. To je zato, ker se prepleta s številnimi drugimi signali v tem območju spektra, ki so veliko močnejši - na primer s skupnimi frekvencami radijskih oddaj in radijskih valov drugih dogodkov v naši galaksiji. Razlog, da so znanstveniki uspeli, je bil delno v tem, da je bil poskus opremljen z občutljivim sprejemnikom in majhno anteno, zaradi česar je bilo mogoče razmeroma enostavno pokriti veliko območje neba.
Da bi se prepričali, da je kakršen koli padec svetlosti, ki so ga našli, posledica zvezdne svetlobe zgodnjega vesolja, so si znanstveniki ogledali Dopplerjev premik. Ta učinek poznate po znižanju nagiba, ko mimo vas pelje avtomobil z utripalko in sireno. Ko se galaksije zaradi širjenja vesolja oddaljujejo od nas, se svetloba premika proti rdečim valovnim dolžinam. Astronomi temu učinku pravijo "rdeči premik".
Rdeči premik znanstvenikom pove, kako daleč je oblak plina od Zemlje in kako dolgo je bila po kozmičnih merilih iz njega oddajana svetloba. V tem primeru bo vsak premik svetlosti, pričakovan pri valovni dolžini 21 cm, kazal gibanje in razdaljo plina. Znanstveniki so izmerili padec svetlosti, ki se je zgodil v različnih vesoljnih obdobjih, do trenutka, ko je bilo vesolje staro le 180 milijonov let, in ga primerjali s trenutnim stanjem. Bila je luč prvih zvezd.
Pozdravljena temna snov
Zgodba se tu še ne konča. Znanstveniki so presenečeno ugotovili, da je amplituda signala dvakrat večja od predvidene. To kaže na to, da je bil plin vodik veliko hladnejši, kot je bilo pričakovano iz mikrovalovnega ozadja.
Ti rezultati so bili objavljeni v drugem članku v Nature in vrgli trnek teoretičnim fizikom. To je zato, ker iz fizike postane jasno, da je bil plin v tem času obstoja vesolja enostavno ogreti, a težko hladiti. Za razlago dodatnega hlajenja, povezanega s signalom, je moral plin vplivati na nekaj še hladnejšega. In edina stvar, ki je bila v zgodnjem vesolju hladnejša od kozmičnega plina, je bila temna snov. Teoretiki se morajo zdaj odločiti, ali lahko razširijo standardni model kozmologije in fizike delcev, da razložijo ta pojav.
Vemo, da je petkrat več temne snovi kot navadne snovi, vendar ne vemo, iz česa je narejena. Predlaganih je več različic delcev, ki bi lahko tvorile temno snov, med njimi pa je najljubši masivni delci, ki šibko delujejo (WIMP).
Nova študija pa kaže, da delci temne snovi ne bi smeli biti veliko težji od protona (ki vstopi v jedro atoma skupaj z nevtronom). To je precej pod množicami, napovedanimi za WIMP. Analiza tudi kaže, da je temna snov hladnejša od pričakovane, in odpira čudovito priložnost za uporabo "21 cm kozmologije" kot sonde za temno snov v vesolju. Nadaljnja odkritja z bolj občutljivimi sprejemniki in manj motenj prizemnega radia bi lahko razkrila več podrobnosti o naravi temne snovi in morda celo pokazala hitrost, s katero potuje.
Ilya Khel