Universet var ikke altid et så godt oplyst sted. Det havde sin egen mørke tid, tilbage i dagene før stjerner og galakser dannede sig. Problemet er, at der ikke er synligt lys, der rejser gennem universet fra denne tidsperiode.
Nu bruger et team af astronomer ledet af Dr. Benjamin McKinley fra International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) og Curtin University Månen til at hjælpe med at låse disse hemmeligheder op.
Universet har sin egen historiske tidslinje, og forståelse af denne nye forskning kræver et kig på denne tidslinje. Efter at Big Bang fik tingene til at rulle, var der omkring 377.000 år, hvor der ikke skete meget. Der var endnu ikke dannet nogen stjerner, og det var bare for varmt for fotoner at rejse. Denne første tidsperiode har det let at huske navn "Early Universe."
Omkring 377.000 årsmærket var universet afkølet nok til at det blev gennemsigtigt. På det tidspunkt blev universet domineret af energiske brintatomer. Da de afkøles frigav brintet fotoner. Fotonerne fra dette tidspunkt er kendt som den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB). CMB er lidt som en stor flash i det øjeblik, præget på kosmos baggrund.
Det 377.000 årsmærke er det, hvor den mørke alder begyndte, og det fortsatte indtil omkring 1 milliardårsmærket. Det kaldes de mørke tider, fordi der ikke var nogen stjerner, og selvfølgelig ingen stjerner. Der var lyset fra CMB, men det fortæller os ikke, hvad vi har brug for at vide. Heldigvis var alt det brint, der var afkølet og efterlod CMB for astronomer at studere, endnu ikke gjort. Disse brint var nu neutrale, men de frigav stadig stadig den lejlighedsvise foton, og disse fotoner er kendt som den 21 cm spinlinie af neutralt brint. Pyha! Tage et åndedrag.
Hvilket bringer os til denne nye undersøgelse. Der er meget forskning på dette neutrale brint, fordi det er den mest lovende vej til at studere universets tidlige dage. Problemet er, at signalet er meget svagt, og det er indhyllet af andre lyse astrofysiske genstande i forgrunden. Instrumenterne, der bruges til at måle det, introducerer også systematiske effekter, der skal reduceres. Og det er, hvad denne undersøgelse virkelig handler om.
Forfatterne påpeger, at dette er det første i en række artikler om denne forskning. Brugen af Månen og Mælkevejen, der reflekterer den, er en del af den finjusterede kalibrering, der kræves for at undersøge de 21 cm. spin linje med brint, eller hvad vi vil kalde lyset fra tidligt neutralt brint.
Dr. McKinley og de andre forskere bruger et radioteleskop kaldet Murchison Widefield Array (MWA) beliggende i et radio-stille område i Western Australia Desert. MWA er et interferometer, der består af 256 separate installationer, der dækker et areal på 6 kvadratkilometer. Hver af disse 256 sider indeholder 16 separate modtagere, hvor hele systemet er koblet sammen.
Hvad Dr. McKinley og hans team virkelig prøver at gøre, er at bruge MWA til at "bore ned" gennem universets lysstyrke for at se lyset fra det neutrale brint i mørke tider. Først borer de gennem Melkevejens lysstyrke, derefter lyset fra andre galakser, derefter CMB. Forhåbentlig efter alt, hvad der er gjort rede for, er det, der er tilbage, lyset fra det neutrale brint. Denne undersøgelse er begyndelsen på deres forsøg på at isolere lyset fra det neutrale brint.
”Vi har målt værdien af den gennemsnitlige lysstyrke på vores Galaxy på det sted, hvor Månen forekommer den, for at vise, at teknikken fungerer.” - Dr. McKinley, ICRAR.
I dette tidlige eksperiment brugte teamet kapaciteterne i Murchison Widefield Array til at måle udsving i den gennemsnitlige lysstyrke på himlen. De gjorde dette ved at bruge Månen til at blokere himlen. I en e-mail-udveksling med Space Magazine forklarede Dr. McKinley processen. ”Så vi bruger Månen til at producere en udsving om middelværdien ved at sætte den i vores synsfelt for at okkultere himlen. Vi antager, at vi kender månens lysstyrke (baseret på dens temperatur), og at vi derfor kan udlede himmelens gennemsnitstemperatur. ”
Problemet er, at Månen også er et reflekterende legeme. Universet lever med radiobølger der springer rundt, og månen afspejler nogle af dem - inklusive dem fra Mælkevejen - som skal redegøres for. Som Dr. McKinley siger: ”Men Månens temperatur bestemmes ikke kun af dens temperatur. Det afspejler også radiobølger, inklusive dem, der stammer fra Jorden, og dem, der kommer fra rummet. Derfor var jeg nødt til at modellere Mælkevejen, der sprang af månen ind i teleskopet. Vi beregner, hvad reflektionen skal være baseret på en model af Mælkevejen og bruger den derefter i vores analyse (trækker den væk fra månens lysstyrke). ”
Det fascinerende billede af Mælkevejen, der reflekteres af månen, er ikke kun et smukt billede. Det repræsenterer et slags bevis på koncept for holdets målemetoder. ”Vi har målt værdien af den gennemsnitlige lysstyrke af vores Galaxy på det sted, hvor Månen forekommer den, for at vise, at teknikken fungerer,” fortalte Dr. McKinley til Space Magazine.
Dr. McKinley og hans team er først i begyndelsen af, hvad de håber, vil være en frugtbar linje af undersøgelse. De er stadig nødt til at forfine den måde, de redegør for forgrunds- og baggrundsemissioner for at isolere de tidlige brintradioemissioner. Men hvis de kan, vil de have åbnet et vindue på den svigagtige 21 cm spinlinie med neutralt brint. Og hvis de kan observere det, håber de at besvare nogle grundlæggende spørgsmål om universets historie.
- Forskningsartikel: "Måling af det globale 21 cm-signal med MWA-I: forbedret måling af den galaktiske synkrotronbaggrund ved hjælp af månens okkultation"
- ICRAR pressemeddelelse: "Månen hjælper med at afsløre universets hemmeligheder"
- Wikipediaindgang: Universets kronologi
