Rejtélyes rádiósuttogás árulja el az univerzum sötét múltját

Az elfeledett sötét kor nyomai

Az univerzum nagyjából 13,8 milliárd évvel ezelőtt forró és sűrű állapotban indult útjára, majd gyorsan hűlt, ahogy tágult. Körülbelül 400 000 évvel később a hőmérséklet már elég alacsony lett ahhoz, hogy a protonok és elektronok semleges hidrogénatomokká rendeződjenek. Ezt követően a világegyetem fénytelenségbe süllyedt: a kozmikus sötét korban mindent hidrogénköd fedett el. Csak sok százmillió éves lappangás után indult meg az első galaxisok és óriáscsillagok keletkezése, amelyek intenzív ultraibolya fényükkel fokozatosan eloszlatták a ködöt egy úgynevezett reionizációs korszakban.

Mi történt, amikor a sötétség feloszlott?

Bár ezt a korszakot közvetlenül nem lehet megfigyelni – az akkori csillagok túl halványak, rövid életűek és túl messze vannak –, a kutatók rádiós nyomokat keresnek az ősi hidrogéngázban. Egy hidrogénatom parányi energiaszint-váltásakor 21 cm hullámhosszú, azaz 1,42 gigahertzes fotonok keletkeznek vagy nyelődnek el. Ezeknek a rádiósugárzásoknak az elemzése révén feltérképezhető, mikor és hogyan változott meg a köztes, galaxisok közti gáz – így derül fény arra, hogyan kezdte átalakítani a világegyetemet az első csillagok és fekete lyukak aktivitása.

A Murchison Widefield Array tíz évnyi adatait elemezve a kutatócsoport megtisztította a felvételt a Tejútrendszer, a közeli galaxisok és a földi légkör zajától, hogy kirajzolódjon a valódi „rádió-suttogás” az univerzum hajnalából.

Meggátolták a jéghideg múlt teóriáját

A csapat a leghidegebb, legritkásabb égterületekre koncentrált, és rendkívül tiszta rádiójelet állított elő. Bár az ősi univerzumra vonatkozó elméletek szerint a gázfoltoknak extrém hidegnek kellett volna maradniuk az első galaxisrobbanásig, a mért adatok nem mutatták a „fagyos kezdet” egyértelmű nyomát – vagyis a gáz már ekkor melegebb volt, mint korábban hitték. Ez arra utal, hogy a reionizáció kezdetén nem volt extrém hideg a világegyetem, így a kozmikus első fűtők szerepét valószínűleg az első fekete lyukakból kiáramló röntgensugárzás és elhaló óriáscsillagok töltötték be.

Új esély a múlt felderítésére

Az alkalmazott statisztikai adattisztítási technika példaértékű eredményt hozott: minden eddiginél tisztább rádiótérképet rajzolt fel az univerzum fiatal koráról, és szigorú határokat szabott a 21 centiméteres jel kimutathatóságának. Külön figyelmet érdemel, hogy ez a módszer megalapozza a következő generációs Square Kilometre Array (SKA) rádiótávcső munkáját is. Várhatóan ez a műszer, amely most épül Ausztráliában és Dél-Afrikában, végre ténylegesen is kimutatja majd az ősi rádiójeleket.

Mindezt figyelembe véve, az univerzum hajnalának pontosabb feltérképezése csupán néhány óra új, érzékeny méréstől függ – talán már nem sokáig marad rejtély, hogyan is hunyta le szemét a világegyetem közvetlenül a csillagok születése előtt.

2025, adminboss, www.livescience.com alapján