Astronomom udało się zajrzeć 13,5 mld lat wstecz. Wszechświat był wtedy trochę chłodniejszy

Autorami tego niecodziennego pomysłu byli profesor Alan Rogers i jego doktorant Judd Bowman. Koncepcja była bardzo prosta, zdaniem obu panów, pierwsze gwiazdy we wszechświecie powinny zostawić po sobie sygnał radiowy, który przy odrobinie chęci dałoby się odczytać.

Założenia Rogersa i Bowmana sprowadzały się mniej więcej do tego: pierwsze gwiazdy, jak to gwiazdy mają w zwyczaju, emitowały promienie ultrafioletowe. Musiały one przechodzić przez obłoki zimnego gazu, którego zaraz po Wielkim Wybuchu było w przestrzeni kosmicznej pod dostatkiem. I to promieniowanie emitowane z gwiazd miało wpływać na obsadzenie nadsubtelnych poziomów energetycznych w atomach wodoru. Takie przeskoki elektronów wodoru emitują promieniowanie radiowe o długości fali 21 cm, którą można złapać na częstotliwości 1420 MHz.

Kontynuując ten tok myślenia, obaj uczeni stwierdzili, że pierwotny wodór pochłonął promieniowanie UV z pierwszych gwiazd, przez co w widmie promieniowania tła powinna istnieć dziura po tych 21-centymetrowych falach wyemitowanych kilkanaście miliardów lat temu. Te kilkanaście miliardów lat okazało się być największym problemem. Wszechświat od tamtego czasu się rozszerzył, a wraz z nim fale będące jedynymi świadkami pierwszych gwiazd.

Z analiz przeprowadzonych na MIT wynika, że transmisję z początków wszechświata da się złapać w zakresie od 65 do 95 MHz. Jest to trochę problematyczny przedział, ponieważ nie dość, że korzysta z niego wiele stacji radiowych, to jeszcze w tym samym zakresie da się złapać fale radiowe emitowane przez dzisiejsze układy i obłoki międzygwiezdne w naszej Galaktyce.

Żeby znaleźć poszukiwane dziury w sygnale Bowman, dzięki finansowaniu z Narodowej Fundacji Nauki, zbudował 2-metrową antenę i wywiózł ją na totalne odludzie. Konkretniej, na teren Radioastronomicznego Obserwatorium Murchisona, które znajduje się na pustyni w zachodniej Australii. Tamtejsze władze lubią astronomów na tyle, że przepisy zabraniają prowadzenia jakiejkolwiek transmisji radiowej w promieniu 260 km od Obserwatorium Murchisona. Ot, taka ciekawostka.

No i okazało się, że odludna pustynia w Australii jest kluczem do sukcesu. Nasłuch radiowy Bowmana zakończył się sukcesem. Chciałoby się napisać pełnym sukcesem, ale sygnał był tak słaby, że publikacja w piśmie Nature skupia się na analizie możliwych w niej błędów i odnotowanych zakłóceń. Niemniej jednak, cały eksperyment pozwolił nam zajrzeć 13,5 mld lat w przeszłość.

Dobre pytanie. Na podstawie analizy sygnałów przechwyconych przez Bowmana dowiedzieliśmy się, że 180 mln lat po Wielkim Wybuchu było trochę chłodniej niż teraz. Skąd to wiemy? Na podstawie analizy głębokości "dziury" w falach radiowych. Bowman spodziewał się, że będzie dwukrotnie mniejsza. Jej zmierzony, znacznie większy rozmiar oznacza więc, że wodór w obłokach gazowych pochłonął więcej promieniowania. A mógł zrobić to tylko we wszechświecie, który był dwukrotnie chłodniejszy, niż ten dzisiejszy.

I nie, naukowcy nie mają pojęcia, co było przyczyną jego niższej temperatury. Podejrzenia kierowane są w stronę ciemnej materii, ale jak na razie nie znaleziono żadnych dowodów potwierdzających tę teorię.

Wiemy natomiast, że pierwsze gwiazdy rozświetliły ponownie przestrzeń jakieś 180 mln lat po Wielkim Wybuchu. Dotychczas szacowaliśmy, że pierwsze rozbłyski miały miejsce trochę później - jakieś 400 - 500 mln lat po tym, jak nie istniało nic, które wybuchło.

Nie jest to również pierwszy raz, kiedy udało nam się zajrzeć tak daleko w przeszłość. Wcześniej udało nam się zarejestrować mikrofalowe promieniowanie tła, pochodzące z cieplnego promieniowania plazmy rozgrzewającej przestrzeń kosmiczną 400 tys. lat po Wielkim Wybuchu.