Wkrótce możemy zobaczyć Kosmiczny Świt. Prawdziwa podróż w czasie
Nie było planet, nie było nawet gwiazd. Wszechświat tonął w ciemnościach. I nagle, steki milionów lat po Wielkim Wybuchu – pojawiło się światło. Tak rozpoczął się Kosmiczny Świt, jeden z najbardziej tajemniczych i fascynujących okresów w historii naszego Wszechświata. Dziś naukowcy z SKA Observatory pokazują, że jesteśmy bliżej niż kiedykolwiek, by ten pierwszy świt zobaczyć na własne oczy. A raczej – na własnych danych.
Zespół badaczy kierowany przez Annę Bonaldi z SKA Observatory w Jodrell Bank (Wielka Brytania) stworzył komputerową symulację tego, co zobaczy teleskop SKA-Low – największy i najbardziej czuły radioteleskop niskiej częstotliwości, jaki kiedykolwiek powstanie.
Symulacja została właśnie opublikowana na serwerze preprintów arXiv i jest przełomowym krokiem na drodze do jednego z najbardziej ambitnych celów współczesnej astronomii: bezpośredniej obserwacji pierwszych promieni światła we Wszechświecie.
Jak wyglądał Kosmiczny Świt?
Zanim pojawiły się pierwsze gwiazdy, Wszechświat był ciemny, pozbawiony światła. Ten okres nazywany jest Wieki ciemne. Kosmos wypełniał głównie neutralny gaz wodorowy – zupełnie niewidoczny dla teleskopów optycznych.
Ale w pewnym momencie, gdzieś pomiędzy 200 a 600 mln lat po Wielkim Wybuchu, zaczęły zapalać się pierwsze gwiazdy - bardzo masywne tak zwane gwiazdy III populacji. Emitowane przez nie światło – głównie w zakresie ultrafioletu – zaczęło oddziaływać z otaczającym wodorem, a ten z kolei zaczął emitować sygnał radiowy o długości fali 21 cm.
Z czasem, w miarę jak Wszechświat się rozszerzał, ten sygnał został "rozciągnięty" do niższych częstotliwości, czyli tzw. przesunięty ku czerwieni (redshift). I właśnie takich sygnałów, już teraz bardzo słabych, ukrytych w kosmicznym szumie, poszukuje SKA-Low.
Rejonizacja, czyli koniec ciemności
Zaraz po Kosmicznym Świcie nastąpiła Epoka Rejonizacji. W tym okresie, światło ultrafioletowe pochodzące od wczesnych gwiazd zaczęło jonizować otaczający gaz wodorowy.
W uproszczeniu, gwiazdy te „rozbijały” atomy wodoru na naładowane cząstki, tworząc „bąbelki” zjonizowanego gazu. Te bąbelki stopniowo łączyły się, aż cały Wszechświat został przesycony zjonizowanym wodorem.
Proces ten fundamentalnie zmienił strukturę Wszechświata i oznaczał definitywny koniec Wieków ciemnych.
Więcej na Spider's Web:
Sygnał z przeszłości jest tysiące razy słabszy niż szum z Drogi Mlecznej
Wykrycie tak starożytnych i niewiarygodnie słabych sygnałów to astronomiczny Mount Everest. Sygnał z Kosmicznego Świtu jest tysiące razy słabszy niż zakłócenia pochodzące z naszej własnej galaktyki, Drogi Mlecznej, czy innych źródeł. Wyobraź sobie, że próbujesz usłyszeć szept z drugiego końca kontynentu, mając jednocześnie za ścianą koncert rockowy. Niemożliwe? A jednak!
Symulacja stworzona przez zespół Anny Bonaldi jest niezwykle realistyczna. Model tego, co SKA-Low "zobaczy", patrząc w niebo w zakresie od 106 do 196 MHz, obejmuje nie tylko sam sygnał z Kosmicznego Świtu, ale też wszystkie przeszkody, które zakłócają jego odbiór: promieniowanie radiowe z naszej własnej galaktyki, emisje z bardzo jasnych radiogalaktyk i tych najciemniejszych, zakłócenia atmosferyczne i błędy instrumentów.
To symulacja, w której uwzględniono nawet najmniejsze struktury w przestrzeni międzygwiazdowej naszej galaktyki. Wszystko po to, by mieć idealne laboratorium do testowania metod oddzielania tego, co najważniejsze, od tego, co zaledwie szumi w tle.
SKA-Low – najczulsze ucho Wszechświata
Kiedy SKA-Low (Square Kilometer Array – Low Frequency) zacznie działać, stanie się najczulszym teleskopem do obserwacji niskich częstotliwości, jaki kiedykolwiek zbudowano. To będzie urządzenie, które dosłownie zajrzy w mrok najwcześniejszej historii Wszechświata.
Obserwując sygnały w zakresie długości fali 21 cm, SKA-Low będzie mógł z ogromną dokładnością zmapować, jak wyglądał Wszechświat przed, w trakcie i po rejonizacji.
Według planów teleskop ma zacząć pracę w 2027 r. Wtedy też zbierze tak zwane pierwsze światło. Sieć teleskopów SKA powstała na półkuli południowej w Republice Południowej Afryki i Australii. Składać się będzie z 131 072 anten.
Przyszłość astronomii zaczyna się teraz
Symulacja stworzona przez zespół Bonaldi nie tylko pokazuje, co SKA-Low zobaczy – ona pozwala się na to przygotować. To coś więcej niż gra wstępna przed wielkim odkryciem, to warsztat, w którym uczymy się czytać przeszłość Wszechświata, warstwa po warstwie, mimo że jest ona ukryta pod tysiącami razy silniejszym "hałasem".
W momencie, gdy SKA-Low zacznie działać, będziemy gotowi. Bo zanim wyjrzymy poza granice czasu, musimy nauczyć się słuchać. I to właśnie teraz się dzieje – dzięki komputerom, fizyce i odrobinie ludzkiej determinacji.
