Studimi i universit të hershëm: Eksperiment REACH për të zbuluar vijën e pakapshme 21 cm nga hidrogjeni kozmik 

Vëzhgimi prej 26 cm radio sinjalet, të formuara për shkak të tranzicionit hiperfin të hidrogjenit kozmik ofrojnë një mjet alternativ për studimin e hershëm univers. Sa i përket epokës neutrale të foshnjës univers kur nuk lëshohej dritë, vijat 26 cm janë ndoshta vetëm dritare. Megjithatë, këto u zhvendosën në të kuqe radio sinjalet e emetuara nga hidrogjeni kozmik në fillim univers janë jashtëzakonisht të dobëta dhe kanë qenë të pakapshme deri më tani. Në vitin 2018, eksperimenti EDGE raportoi zbulimin e sinjaleve 26 cm, por gjetjet nuk mund të konfirmoheshin në mënyrë të pavarur. Çështja kryesore ishte sistematika e instrumenteve dhe kontaminimi me sinjale të tjera nga qielli. Eksperimenti REACH është të përdorë metodologji unike për të kapërcyer pengesën. Shpresohet se ky grup kërkimor do të jetë në gjendje të zbulojë me besueshmëri këto sinjale të pakapshme në të ardhmen e afërt. Nëse është i suksesshëm, Eksperimenti REACH mund të sjellë 'astronominë e radios 26 cm' në ballë në studimin e hershëm univers dhe na ndihmoni shumë në zbardhjen e mistereve të hershme univers. 

Kur bëhet fjalë për studimin e universi i hershëm, emri i lançuar së fundmi Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST) na del në mendje. JWST, një pasardhës i një suksesi jashtëzakonisht të madh Gungëz teleskopi, është një hapësirë- Observatori me bazë infra të kuqe i pajisur për të kapur sinjale optike/infra të kuqe nga yjet dhe galaktikat e hershme të formuara në Univers menjëherë pas Big Bengut¹. Megjithatë, JWST ka disa kufizime deri tani sa i përket marrjes së sinjaleve nga epoka neutrale e universi i hershëm është e shqetësuar.  

Tabela: Epokat në historinë e univers që nga Big Bengu  

(Burimi: Filozofia e Kozmologjisë – sfond 21 cm. E disponueshme në http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Deri në 380 mijë vjet pas shpërthimit të madh, univers ishte e mbushur me gaz të jonizuar dhe ishte plotësisht e errët. Midis 380k - 400 milion vjet, univers ishte bërë neutrale dhe transparente. Epoka e rijonizimit filloi pas kësaj faze duke filluar 400 milionë pas Big Bengut.  

Gjatë epokës neutrale të hershme univers, kur univers ishte i mbushur me gaze neutrale dhe ishte transparent, nuk lëshohej asnjë sinjal optik (prandaj quhet epoka e errët). Materiali i bashkuar nuk lëshon dritë. Kjo paraqet një sfidë në studimin e hershëm Univers të epokës neutrale. Megjithatë, rrezatimi i mikrovalës me gjatësi vale 21 cm (që korrespondon me 1420 MHz) i emetuar nga hidrogjeni kozmik i ftohtë dhe neutral gjatë kësaj epoke si rezultat i tranzicionit hiperfin (nga rrotullimi paralel në rrotullimin më të qëndrueshëm antiparalel) ofron mundësi për studiuesit. Ky rrezatim mikrovalor prej 21 cm do të zhvendoset në të kuqe kur të arrijë në Tokë dhe do të vëzhgohet në frekuencat 200 MHz deri në 10 MHz si valë radio.^2,3.  

radio astronomi 21 cm: Vëzhgimi i sinjaleve kozmike të hidrogjenit 21 centimetra ofron një qasje alternative për studimin e hershëm univers veçanërisht të fazës së epokës neutrale që nuk kishte asnjë emetim drite. Kjo gjithashtu mund të na informojë për fizikën e re si shpërndarja e materies me kalimin e kohës, energjia e errët, lënda e errët, masat e neutrinos dhe inflacioni².  

Megjithatë, sinjalet 21 cm të emetuara nga hidrogjeni kozmik në fillim univers faza është e pakapshme. Pritet të jetë jashtëzakonisht i dobët (rreth njëqind mijë herë më i dobët se sinjalet e tjera radio që burojnë gjithashtu nga qielli). Si rezultat, kjo qasje është ende në fillimet e saj.  

Në vitin 2018, studiuesit kishin raportuar zbulimin e një sinjali të tillë radio në një frekuencë prej 78 MHz, profili i të cilit ishte kryesisht në përputhje me pritshmëritë për sinjalin 21 centimetra të emetuar nga hidrogjeni kozmik primordial.⁴. Por ky zbulim i sinjalit radio primordial 21 cm nuk mund të konfirmohej në mënyrë të pavarur, kështu që besueshmëria e eksperimentit nuk mund të vërtetohej deri më tani. Çështja kryesore duket të jetë kontaminimi me sinjalet e radios në plan të parë.  

Pika e fundit është raporti i Radio Eksperimentit për Analizën e Hidrogjenit Kozmik (REACH) më 21 korrik 2022. REACH do të përdorë një qasje të re eksperimentale për të zbuluar këto sinjale të dobëta radio kozmike të pakapshme, duke ofruar kështu një shpresë të re për konfirmimin e sinjaleve kozmike 21 centimetra.  

The Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) is a sky-averaged 21-cm experiment. This aims to improve observations by managing issues faced by instruments related to residual systematic signals in the data. It focusses on detecting and jointly explaining the systematics together with the foregrounds and the cosmological signal using Bayesian statistics. The eksperiment involves simultaneous observations with two different antennas, an ultra-wideband system (redshift range about 7.5 to 28) and a receiver calibrator based on in-field measurements.  

Ky zhvillim është i rëndësishëm duke pasur parasysh potencialin e tij për të qenë një nga mjetet më të mira (dhe me kosto efektive edhe përballë). hapësirë-observatorë me bazë si James Webb) për studimin e hershëm univers si dhe mundësinë e futjes së fizikës së re themelore.  

*** 

Referencat:  

1. Prasad U., 2021. Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST): Observatori i parë hapësinor i dedikuar studimit të universit të hershëm. Shkencore Evropiane. Postuar më 6 nëntor 2021. Në dispozicion në http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 

2. Pritchard JA dhe Loeb A., 2012. Kozmologjia 21 cm në shekullin e 21-të. Raporte mbi progresin në fizikë 75 086901. Në dispozicion në https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Paraprintimi në arXiv në dispozicion në https://arxiv.org/abs/1109.6012  version pdf  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. Universiteti i Oksfordit. Filozofia e Kozmologjisë – sfond 21 cm. Në dispozicion në http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Një profil absorbimi i përqendruar në 78 megahertz në spektrin mesatar të qiellit. Nature 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Radiometri REACH për zbulimin e sinjalit të hidrogjenit 21 cm nga zhvendosja e kuqe z ≈ 7.5-28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. Zbulimi i mistereve të Universit foshnjor me radiometrin REACH. E disponueshme në internet në  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***