För länge sedan, miljoner år innan den första stjärnan gnistrade till liv, var hela universumet ett hav av mörker.
Början cirka 400 000 år efter Big Bang och varade hundratals miljoner år, denna så kallade mörka ålder av universum markerade den sista gången då tomt utrymme verkligen var tomt; inga planeter, inga solar, inga galaxer, inget liv - bara en dimma av väteatomer som smiddes av Big Bang och lämnades för att slosh genom mörkret.
Idag försöker teleskop runt om i världen få en glimt av det primära väte (känd som neutralt väte) för att fastställa ögonblicket då de mörka åldrarna slutligen slutade och de första galaxerna bildades. Medan de gamla atomerna förblir svårfångade kan ett team av forskare i den australiska utmarken komma närmare att hitta dem än någonsin tidigare.
Enligt den nya studien som publicerades i förtryckningsdatabasen arXiv och snart skulle visas i Astrophysical Journal, använde astronomer Murchison Widefield Array (MWA) radioteleskop för att kika djupt in i det kosmiska förflutna på jakt efter neutral vätgas signaturvåglängd. De hittade inte vad de letade efter - men med hjälp av nya inställningar i teleskopets nyligen uppdaterade matris bestämde teamet någonsin den lägsta gränsen för neutral vätesignalstyrka.
"Vi kan säga med tillförsikt att om den neutrala vätgasignalen var något starkare än gränsen som vi satt i papperet, så skulle teleskopet ha upptäckt det," sa studiens medförfattare Jonathan Pober, biträdande professor i fysik vid Brown University i Rhode Island. Det betyder att jakten på dessa forntida molekyler fortfarande pågår, och nu vet forskare att neutrala vätgas fotspår är ännu svagare än förväntat.
De första atomerna
Energin som gick genom det tidiga universum var så stark att varje atom hade sina elektroner rivna bort, vilket gav dem en positiv laddning. Den första av dessa atomer var den positivt laddade vätejonen. Under hundratusentals år kyldes universum och expanderade tillräckligt för att dessa vätejoner kunde återfå sina elektroner och återigen bli neutrala. Dessa neutrala väteatomer tros vara det dominerande inslaget i de kosmiska mörka åldrarna. (Så småningom, när tillräckligt av dem klumpade sig samman för att bilda de första stjärnorna, joniserades atomerna igen av energi utstrålad från dessa stjärnor.)
Forskare vet att neutralt väte avger strålning med en våglängd av 21 centimeter - men eftersom universum har expanderat under de senaste 12 miljarder åren har dessa våglängder också sträckt sig ut. Författarna till den nya studien uppskattade att neutralt vätes våglängd har sträckt sig till cirka 2 meter - och det är signalen att de sökte på himlen för att använda MWA.
Problemet är att det finns många källor (både konstgjorda och himmelska) som strålar på samma våglängd.
"Alla dessa andra källor är många storleksordningar starkare än den signal vi försöker upptäcka," sade Pober. "Även en FM-radiosignal som reflekteras från ett flygplan som råkar passera ovanför teleskopet är tillräckligt för att förorena uppgifterna."
Så Pober och hans kollegor skrev en svit av ekvationer för att identifiera och ogräsa ut dessa föroreningar i sina observationer. Efter att ha tagit mer än 1 200 radiovågsbilder av himlen bestämde forskarna att varje spår av 2-metersutsläpp de hittade kom från någon annanstans än det neutrala väte de letade efter.
Medan den uppskattade atomsignalen förblir oupptäckt lyckas den nya forskningen att minska hur framtida sökningar efter neutralt väte ska se ut. Enligt forskarna gör dessa resultat ett starkt fall att MWA-experimenten leder denna jakt på rätt väg. Med ytterligare forskning kunde de sista relikerna från de kosmiska mörka åldrarna snart tas upp i ljuset.
