Universumet var inte alltid en så upplyst plats. Den hade sin egen mörka ålder, tillbaka i dagarna innan stjärnor och galaxer bildades. Problemet är att det inte finns något synligt ljus som reser genom universum från denna tidsperiod.
Nu använder ett team av astronomer ledda av Dr. Benjamin McKinley från International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) och Curtin University månen för att hjälpa till att låsa upp dessa hemligheter.
Universumet har sin egen historiska tidslinje, och förståelse av denna nya forskning kräver en titt på denna tidslinje. Efter att Big Bang fick saker att rulla var det cirka 377 000 år där det inte hände mycket. Inga stjärnor hade bildats än, och det var bara för varmt för fotoner att resa. Denna första bit av tiden har det lätt att komma ihåg namnet "Early Universe."
Vid ungefär 377 000 årsmarknaden hade universum svalnat tillräckligt för att det blev transparent. Vid den tiden dominerades universum av energiska väteatomer. När de kyldes släppte väte fotoner. Fotonerna från denna tid är kända som den kosmiska mikrovågsugnbakgrunden (CMB). CMB är på samma sätt som en stor blixt av det ögonblicket, intryckt på kosmos bakgrund.
377 000-årsmarkeringen var där de mörka åldrarna började, och det fortsatte tills ungefär 1 miljard årsmarkeringen. Det kallas de mörka åldrarna eftersom det inte fanns några stjärnor och naturligtvis inget stjärnljus. Det fanns ljuset från CMB, men det säger inte vad vi behöver veta. Lyckligtvis var allt väte som hade svalnat och lämnat CMB för astronomer att studera ännu inte gjort. Dessa väte var nu neutrala, men de släppte fortfarande enstaka foton, och dessa fotoner är kända som den 21 cm snurriga linjen för neutralt väte. Phew! Ta ett andetag.
Som leder oss till denna nya studie. Det finns mycket forskning om detta neutrala väte eftersom det är den mest lovande vägen för att studera universums tidiga dagar. Problemet är att signalen är mycket svag och den är höljd av andra ljusa astrofysiska föremål i förgrunden. De instrument som används för att mäta den introducerar också systematiska effekter som måste minskas. Och det är vad denna studie verkligen handlar om.
Författarna påpekar att detta är det första i en serie artiklar om denna forskning. Användningen av månen och mjölkvägen som reflekterar den är en del av den fininställda kalibreringen som krävs för att undersöka 21 cm. spinnrad väte, eller vad vi kommer att kalla ljuset från tidigt neutralt väte.
Dr. McKinley och de andra forskarna använder ett radioteleskop som kallas Murchison Widefield Array (MWA) beläget i ett radiotyst område i Western Australia Desert. MWA är en interferometer som består av 256 separata installationer som täcker en yta på 6 kvadratkilometer. Var och en av dessa 256 webbplatser innehåller 16 separata mottagare, med hela systemet länkat ihop.
Vad Dr. McKinley och hans team verkligen försöker göra är att använda MWA för att "borra ner" genom universums ljusstyrka för att se ljuset från det neutrala väte i de mörka åldrarna. Först borrar de genom mjölkvägens ljusstyrka, sedan ljuset från andra galaxer, sedan CMB. Förhoppningsvis, efter allt som har redovisats, är det som är kvar ljuset från det neutrala väte. Denna studie är början på deras försök att isolera ljuset från det neutrala väte.
"Vi har uppmätt värdet på den genomsnittliga ljusstyrkan för vår Galaxy på den plats där månen uppträder, för att visa att tekniken fungerar." - Dr. McKinley, ICRAR.
I detta tidiga experiment använde teamet Murchison Widefield Array-kapacitet för att mäta fluktuationer i himmelens genomsnittliga ljusstyrka. De gjorde detta genom att använda månen för att blockera himlen. I ett e-postutbyte med Space Magazine förklarade Dr. McKinley processen. ”Så vi använder månen för att skapa en fluktuation om medelvärdet genom att sätta den i vårt synfält för att ockulta himlen. Vi antar att vi känner till månens ljusstyrka (baserat på dess temperatur) och att vi kan dra slutsatsen på himmelens medeltemperatur. ”
Problemet är att månen också är en reflekterande kropp. Universum lever med radiovågor som hoppar runt, och månen återspeglar några av dem - inklusive de från Vintergatan - som måste redovisas. Som Dr. McKinley säger: ”Men månens temperatur bestäms inte bara av dess temperatur. Det återspeglar också radiovågor inklusive de som kommer från jorden och de som kommer från rymden. Det var därför jag var tvungen att modellera Vintergatan som studsade av månen in i teleskopet. Vi beräknar vad reflektionen ska baseras på en modell av Vintergatan och använder sedan den i vår analys (subtrahera den bort från månens ljusstyrka). ”
Den fascinerande bilden av Vintergatan reflekterad från månen är inte bara en vacker bild. Det representerar ett slags bevis på koncept för teamets mätmetoder. "Vi har uppmätt värdet på den genomsnittliga ljusstyrkan för vår Galaxy på den plats där månen uppträder, för att visa att tekniken fungerar," säger Dr. McKinley till Space Magazine.
Dr. McKinley och hans team är bara i början av vad de hoppas kommer att bli en fruktbar linje av utredning. De måste fortfarande förfina hur de redogör för förgrunds- och bakgrundsutsläpp för att isolera de tidiga väteradioutsläppen. Men om de kan, kommer de att ha öppnat ett fönster mot den svårfångade 21 cm rotationslinjen med neutralt väte. Och om de kan observera detta hoppas de kunna svara på några grundläggande frågor om universums historia.
- Forskningsdokument: "Mätning av den globala 21 cm-signalen med MWA-I: förbättrade mätningar av den galaktiska synkrotronbakgrunden med hjälp av månens okkultation"
- ICRAR Pressmeddelande: "Månen hjälper till att avslöja universums hemligheter"
- Wikipedia-inträde: Universumets kronologi
