Observação de 26 cm rádio sinais, formados devido à transição hiperfina do hidrogênio cósmico, oferecem uma ferramenta alternativa para o estudo dos primeiros universo. Quanto à época neutra da criança universo quando nenhuma luz foi emitida, as linhas de 26 cm talvez sejam apenas janelas. No entanto, estes redshifted rádio sinais emitidos pelo hidrogênio cósmico no início universo são extremamente fracos e têm sido esquivos até agora. Em 2018, o experimento EDGE relatou a detecção de sinais de 26 cm, mas as descobertas não puderam ser confirmadas de forma independente. O principal problema era a sistemática do instrumento e a contaminação com os demais sinais do céu. O Experimento REACH deverá empregar uma metodologia única para superar o gargalo. Espera-se que este grupo de pesquisa seja capaz de detectar com segurança esses sinais indescritíveis em um futuro próximo. Se for bem-sucedido, o experimento REACH poderá trazer a 'radioastronomia de 26 cm' para a vanguarda no estudo dos primeiros universo e nos ajuda muito a desvendar os mistérios dos primeiros universo.
Quando se trata do estudo de universo primitivo, nome do lançado recentemente Telescópio espacial James Webb (JWST) surge em nossa mente. JWSTName, um sucessor de enorme sucesso Hubble telescópio, é um espaçoobservatório infravermelho baseado em satélite, equipado para capturar sinais ópticos/infravermelhos das primeiras estrelas e galáxias formadas no Universo logo após o Big Bang1. Porém, JWSTName tem alguma limitação na medida em que capta sinais da época neutra de universo primitivo está preocupado.
Tabela: Épocas da história da universo desde o Big Bang
(Fonte: Filosofia da Cosmologia – fundo 21 cm. Disponível em http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
Até 380 mil anos após o big bang, o universo estava cheio de gás ionizado e era totalmente opaco. Entre 380 mil e 400 milhões de anos, o universo tornou-se neutro e transparente. A época da reionização começou após esta fase, começando 400 milhões após o big bang.
Durante a época neutra do início universo, quando o universo estava cheio de gases neutros e era transparente, nenhum sinal óptico foi emitido (daí o nome de idade das trevas). O material sindicalizado não emite luz. Isto representa um desafio no estudo dos primeiros Universo de época neutra. No entanto, a radiação de microondas de comprimento de onda de 21 cm (correspondente a 1420 MHz) emitida pelo hidrogênio cósmico frio e neutro durante esta época como resultado da transição hiperfina (de spin paralelo para spin antiparalelo mais estável) oferece oportunidades aos pesquisadores. Esta radiação de micro-ondas de 21 cm seria desviada para o vermelho ao atingir a Terra e será observada nas frequências de 200 MHz a 10 MHz como ondas de rádio.2,3.
21 cm radioastronomia: A observação de sinais de hidrogênio cósmico de 21 centímetros oferece uma abordagem alternativa para o estudo dos primeiros universo especialmente da fase neutra da época, desprovida de qualquer emissão de luz. Isso também pode nos informar sobre a nova física, como distribuição da matéria ao longo do tempo, energia escura, matéria escura, massas de neutrinos e inflação.2.
No entanto, os sinais de 21 cm emitidos pelo hidrogénio cósmico durante os primeiros universo fase é indescritível. Espera-se que seja extremamente fraco (cerca de cem mil vezes mais fraco do que outros sinais de rádio que também emanam do céu). Como resultado, esta abordagem ainda está na infância.
Em 2018, os pesquisadores relataram a detecção de tal sinal de rádio a uma frequência de 78 MHz, cujo perfil era amplamente consistente com as expectativas para o sinal de 21 centímetros emitido pelo hidrogênio cósmico primordial4. Mas essa detecção do sinal de rádio primordial de 21 cm não pôde ser confirmada independentemente, portanto, a confiabilidade do experimento não pôde ser estabelecida até agora. O principal problema parece ser a contaminação com os sinais de rádio em primeiro plano.
O marco mais recente é o relatório do Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) em 21 de julho de 2022. O REACH usará uma nova abordagem experimental para detectar esses fracos sinais de rádio cósmicos evasivos, oferecendo assim uma nova esperança para a confirmação de sinais cósmicos de 21 centímetros.
The Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) is a sky-averaged 21-cm experiment. This aims to improve observations by managing issues faced by instruments related to residual systematic signals in the data. It focusses on detecting and jointly explaining the systematics together with the foregrounds and the cosmological signal using Bayesian statistics. The experimentar involves simultaneous observations with two different antennas, an ultra-wideband system (redshift range about 7.5 to 28) and a receiver calibrator based on in-field measurements.
Este desenvolvimento é significativo dado o seu potencial para ser uma das melhores ferramentas (e também eficaz em termos de custos vis-à-vis espaçoobservatórios baseados em James Webb) para estudo dos primeiros universo bem como a possibilidade de introdução de uma nova física fundamental.
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Referências:
- Prasad U., 2021. Telescópio Espacial James Webb (JWST): O Primeiro Observatório Espacial Dedicado ao Estudo do Universo Primitivo. Europeu científico. Publicado em 6 de novembro de 2021. Disponível em http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- Pritchard JA e Loeb A., 2012. Cosmologia de 21 cm no século XXI. Relatórios sobre o Progresso da Física 21 75. Disponível em https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Pré-impressão no arXiv disponível em https://arxiv.org/abs/1109.6012 versão em pdf https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- Universidade de Oxford. Filosofia da Cosmologia – fundo 21 cm. Disponível em http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et ai. Um perfil de absorção centrado em 78 megahertz no espectro médio do céu. Natureza 555, 67-70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et ai. O radiômetro REACH para detectar o sinal de hidrogênio de 21 cm do redshift z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022. Desvendando os mistérios do universo infantil com o radiômetro REACH. Disponível online em https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
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