Pirmo reizi astronomi izmantoja zemes teleskopu, lai novērotu polarizētu mikroviļņu gaismu no Visuma agrīnākās ēras. Viņu novērojumi var sniegt labāku izpratni par to, kā attīstījās Visums.
Pirmo reizi zinātnieki izmantoja zemes teleskopus, lai ielūkotos kosmiskajā rītausmā — laikmetā pirms vairāk nekā 13 miljardiem gadu, kad pirmās zvaigznes sāka mainīt mūsu Visuma izskatu.
Šīs senās ēras atlikušais gaismas viļņu garums ir daži milimetri, un tas ir ārkārtīgi vājš, kas nozīmē, ka, lai gan kosmiskās observatorijas spēja to saskatīt, signāls tiek nomākts ar elektromagnētisko starojumu Zemes atmosfērā, pirms zemes teleskopi paspēj uztvert sākotnējo gaismu.
Bet tagad, izmantojot speciāli izstrādātu teleskopu, projekta Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) zinātnieki ir atklājuši pēdas, ko pirmās zvaigznes atstājušas uz Lielā sprādziena fona. Viņi savus secinājumus publicēja 11. jūnijā žurnālā The Astrophysical Journal.
“Cilvēki domāja, ka to nevar izdarīt no zemes,” teica savā paziņojumā pētījuma līdzautors Tobias Marridge, CLASS projekta vadītājs un fizikas un astronomijas profesors Džonsa Hopkinsa universitātē. “Astronomija ir joma, ko ierobežo tehnoloģijas, un mikrovilnu signālus no Cosmic Dawn, kā zināms, ir grūti izmērīt. Novērojumi no zemes saskaras ar papildu grūtībām salīdzinājumā ar novērojumiem no kosmosa. Šo šķēršļu pārvarēšana padara šo mērījumu par nozīmīgu sasniegumu.”
CLASS observatorija atrodas 16 860 pēdu (5138 metru) augstumā Atakas tuksneša Andos Čīles ziemeļos. Teleskops, kas pirmo reizi tika iedarbināts 2016. gadā, ir iestatīts uz debess novērošanu mikroviļņu frekvencēs. Papildus iespējai kartografēt 75 % nakts debess, teleskopa bezprecedentā jutība ļauj tam uztvert mikroviļņu signālus no kosmiskās rītausmas vai pirmā miljarda Visuma dzīves gadu.
Pirmajos 380 000 gados pēc Lielā sprādziena visums bija piepildīts ar elektronu mākoni, kas bija tik blīvs, ka gaisma nevarēja to šķērsot. Bet galu galā mūsu kosmosā izpletās un atdzisa, un elektroni tika uztverti ar protoniem, veidojot ūdeņraža atomus.
Šie ūdeņraža atomi ne tikai ļāva mikroviļņu gaismai brīvi pārvietoties, piepildot telpu ar kosmisko mikroviļņu fonu (CMB), bet arī tur, kur tā bija pietiekami blīva, sabruka gravitācijas ietekmē un uzliesmojās, veidojot pirmās zvaigznes. Tad gaismas no šīm zvaigznēm atkārtoti jonizēja nesalipušā ūdeņraža gāzes kabatas, sadalot to elektronus tā, ka daži no tiem sadūrās ar gaismu no CMB, liekot tai polarizēties.
Un, lai gan iepriekšējo kosmisko teleskopu, piemēram, NASA mikrovilnu starojuma anizotropijas mērīšanas zondes (WMAP) un Eiropas Kosmosa aģentūras kosmiskā teleskopa Planck Eiropas Kosmosa aģentūras , daļēji aizpildīja šo plaisu, to attēli satur troksni, un, tā kā tie ir satelīti, tos nevar pielāgot un uzlabot pēc ievadīšanas orbītā.
“Precīzāks šī reionizācijas signāla mērījums ir svarīgs pagrieziena punkts kosmiskā mikroviļņu fona pētījumos,” teikts Čārlza Benneta, Džonsa Hopkinsa Universitātes fizikas profesora, kurš vadīja kosmisko misiju WMAP, paziņojumā.
Lai nonāktu pie šiem novērojumiem, pētnieki salīdzināja CLASS teleskopa datus ar Planck un WMAP misiju datiem, sašaurinot kopējo signālu polarizētai mikroviļņu gaismai.
“Mums Visums ir kā fizikas laboratorija. Precīzāki Visuma mērījumi palīdz mums labāk izprast tumšo matēriju un neitrīno, daudzās, bet neaptveramās daļiņas, kas piepilda Visumu,” piebilda Bennets. “Analizējot papildu CLASS datus nākotnē, mēs ceram sasniegt maksimāli iespējamo precizitāti.”
