Big Bang mungkin cerah dan dramatis, tetapi segera setelah itu, alam semesta menjadi gelap, dan untuk waktu yang sangat lama. Para saintis percaya bahawa bintang pertama muncul dalam kaldu berlumpur kira-kira 200 juta tahun selepas permulaan yang panas. Oleh kerana teleskop moden tidak cukup sensitif untuk memerhatikan cahaya bintang-bintang ini secara langsung, para astronom mencari bukti tidak langsung mengenai keberadaan mereka.
Oleh itu sekumpulan saintis berjaya mengambil isyarat samar dari bintang-bintang ini menggunakan antena radio bersaiz meja yang disebut EDGES. Pengukuran spektakuler yang membuka jendela baru ke alam semesta awal menunjukkan bahawa bintang-bintang ini muncul 180 juta tahun selepas Big Bang. Karya yang diterbitkan dalam Nature juga menunjukkan bahawa para saintis mungkin memikirkan semula apa yang terbuat dari "bahan gelap" - sejenis bahan tidak kelihatan yang misterius.
Model menunjukkan bahawa bintang pertama yang menerangi alam semesta berwarna biru dan berumur pendek. Mereka membenamkan alam semesta dalam mandi sinar ultraviolet. Isyarat pertama yang dapat dilihat dari fajar kosmik ini telah lama dianggap sebagai "isyarat penyerapan" - penurunan kecerahan pada panjang gelombang tertentu - disebabkan oleh cahaya yang mempengaruhi dan mempengaruhi sifat fizikal awan gas hidrogen, unsur paling banyak di alam semesta.
Kami tahu bahawa penurunan ini harus dikesan di bahagian gelombang radio spektrum elektromagnetik pada panjang gelombang 21 cm.
Pengukuran kompleks
Video promosi:
Pada mulanya ada teori yang meramalkan semua ini. Tetapi dalam praktiknya, mencari isyarat sedemikian sangat sukar. Ini kerana ia berkait dengan banyak isyarat lain di kawasan spektrum ini yang jauh lebih kuat - sebagai contoh, frekuensi biasa siaran radio dan gelombang radio dari peristiwa lain di galaksi kita. Sebab mengapa para saintis berjaya adalah sebahagiannya kerana percubaan ini dilengkapi dengan penerima sensitif dan antena kecil, sehingga memungkinkan untuk menutupi kawasan langit yang luas dengan mudah.
Untuk memastikan bahawa penurunan kecerahan yang mereka dapati disebabkan oleh cahaya bintang dari alam semesta awal, para saintis melihat pergeseran Doppler. Anda biasa dengan kesan ini dengan menurunkan nada ketika kereta dengan lampu berkelip dan siren melaju. Begitu juga, ketika galaksi menjauh dari kita kerana pengembangan alam semesta, cahaya beralih ke panjang gelombang merah. Ahli astronomi memanggil kesan ini "pergeseran merah".
Pergeseran merah memberitahu para saintis sejauh mana awan gas dari Bumi dan berapa lama dahulu, berdasarkan piawaian kosmik, cahaya dipancarkan darinya. Dalam kes ini, sebarang perubahan kecerahan yang diharapkan pada panjang gelombang 21cm akan menunjukkan pergerakan dan jarak gas. Para saintis mengukur penurunan kecerahan yang berlaku dalam jangka masa kosmik yang berlainan, hingga saat alam semesta berusia hanya 180 juta tahun, dan membandingkannya dengan keadaannya sekarang. Itu adalah cahaya bintang-bintang pertama.
Helo perkara gelap
Cerita ini tidak berakhir di sana. Para saintis terkejut apabila mendapati bahawa amplitud isyarat dua kali lebih besar daripada yang diramalkan. Ini menunjukkan bahawa gas hidrogen jauh lebih sejuk daripada yang diharapkan dari latar belakang gelombang mikro.
Hasil ini diterbitkan dalam artikel lain di Nature dan melemparkan umpan untuk ahli fizik teori. Ini kerana jelas dari fizik bahawa pada masa ini wujudnya alam semesta, gasnya mudah panas, tetapi sukar untuk disejukkan. Untuk menjelaskan penyejukan tambahan yang berkaitan dengan isyarat, gas harus berinteraksi dengan sesuatu yang lebih sejuk. Dan satu-satunya perkara yang lebih sejuk daripada gas kosmik di alam semesta awal adalah bahan gelap. Ahli teori sekarang mesti memutuskan apakah mereka dapat memperluas model standard kosmologi dan fizik zarah untuk menjelaskan fenomena ini.
Kita tahu bahawa terdapat lima kali lebih banyak perkara gelap daripada bahan biasa, tetapi kita tidak tahu bahan itu terbentuk. Beberapa varian partikel telah dicadangkan yang dapat membentuk bahan gelap, dan yang paling digemari adalah partikel besar yang lemah berinteraksi (WIMP)
Walau bagaimanapun, kajian baru menunjukkan bahawa zarah bahan gelap tidak boleh lebih berat daripada proton (yang memasuki nukleus atom bersama dengan neutron). Ini jauh di bawah jumlah yang diramalkan untuk WIMP. Analisis ini juga menunjukkan bahawa bahan gelap lebih sejuk dari yang dijangkakan, dan membuka peluang menarik untuk menggunakan "kosmologi 21cm" sebagai penyiasat bahan gelap di alam semesta. Penemuan lebih lanjut dengan penerima yang lebih sensitif dan kurang gangguan dari radio darat dapat mendedahkan lebih banyak perincian mengenai sifat bahan gelap dan mungkin juga menunjukkan kelajuan perjalanannya.
Ilya Khel
