L'universo non è sempre stato un posto così ben illuminato. Aveva i suoi secoli oscuri, nei giorni precedenti la formazione di stelle e galassie. Il problema è che non c'è luce visibile che viaggia attraverso l'Universo da questo periodo di tempo.
Ora, un team di astronomi guidato dal Dr. Benjamin McKinley dell'International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) e dalla Curtin University stanno usando la Luna per aiutare a svelare questi segreti.
L'universo ha una sua cronologia storica e la comprensione di questa nuova ricerca richiede uno sguardo a questa cronologia. Dopo che il Big Bang ha fatto girare le cose, ci sono stati circa 377.000 anni in cui non è successo molto. Nessuna stella si era ancora formata ed era troppo caldo perché i fotoni potessero viaggiare. Questo primo pezzo di tempo ha il nome facile da ricordare "Early Universe".
A circa 377.000 anni, l'Universo si era raffreddato abbastanza da diventare trasparente. A quel tempo, l'Universo era dominato da energici atomi di idrogeno. Mentre si raffreddavano, l'idrogeno rilasciava fotoni. I fotoni di questo periodo sono noti come Cosmic Microwave Background (CMB). Il CMB è un po 'come un grande lampo di quel momento, impresso sullo sfondo del cosmo.
Il segno dei 377.000 anni è dove è iniziato l'Era Oscura, e ha continuato fino a circa il miliardo di anni. Si chiama Medioevo perché non c'erano stelle e, naturalmente, nessuna luce stellare. C'era la luce del CMB, ma non ci dice quello che dobbiamo sapere. Fortunatamente, tutto quell'idrogeno che si era raffreddato e aveva lasciato la CMB per gli astronomi per studiare non era ancora stato fatto. Quegli idrogeno ora erano neutri, ma rilasciavano ancora il fotone occasionale, e quei fotoni sono conosciuti come la linea di rotazione di 21 cm di idrogeno neutro. Accidenti! Prendi un respiro.
Il che ci porta a questo nuovo studio. C'è molta ricerca su questo idrogeno neutro perché è la strada più promettente per studiare i primi giorni dell'Universo. Il problema è che il segnale è molto debole ed è avvolto da altri oggetti astrofisici luminosi in primo piano. Gli strumenti utilizzati per misurarlo introducono anche effetti sistematici che devono essere ridotti. Ed è proprio questo lo studio.
Gli autori sottolineano che questo è il primo di una serie di articoli su questa ricerca. L'uso della Luna e della Via Lattea che la riflettono fanno parte della calibrazione finemente calibrata richiesta per sondare i 21 cm. linea di spin dell'idrogeno, o quella che chiameremo luce dall'idrogeno neutro iniziale.
La dott.ssa McKinley e gli altri ricercatori stanno usando un radiotelescopio chiamato Murchison Widefield Array (MWA) situato in un'area radio-tranquilla nel deserto dell'Australia occidentale. L'MWA è un interferometro composto da 256 installazioni separate che coprono un'area di 6 kmq. Ognuno di questi 256 siti contiene 16 ricevitori separati, con l'intero sistema collegato insieme.
Ciò che il Dr. McKinley e il suo team stanno davvero cercando di fare è usare l'MWA per "approfondire" la luminosità dell'Universo per vedere la luce dell'idrogeno neutro nell'Era Oscura. Prima perforano la luminosità della Via Lattea, poi la luce di altre galassie, poi la CMB. Speriamo che, dopo tutto ciò che è stato spiegato, ciò che rimane è la luce dell'idrogeno neutro. Questo studio è l'inizio del loro tentativo di isolare la luce dall'idrogeno neutro.
"Abbiamo misurato il valore della luminosità media della nostra Galassia nel punto in cui la Luna la occulta, per dimostrare che la tecnica funziona." - Dr. McKinley, ICRAR.
In questo primo esperimento, il team ha utilizzato le capacità della Murchison Widefield Array per misurare le fluttuazioni della luminosità media del cielo. Lo hanno fatto usando la Luna per bloccare il cielo. In uno scambio di email con Space Magazine, il Dr. McKinley ha spiegato il processo. “Quindi usiamo la Luna per produrre una fluttuazione della media mettendola nel nostro campo visivo per occultare il cielo. Partiamo dal presupposto che conosciamo la luminosità della Luna (in base alla sua temperatura) e quindi possiamo inferire la temperatura media del cielo ".
Il problema è che la Luna è anche un corpo riflessivo. L'Universo è vivo con onde radio che rimbalzano intorno e la Luna riflette alcuni di quelli - compresi quelli della Via Lattea - che devono essere spiegati. Come afferma il Dr. McKinley, “Ma la temperatura della Luna non è determinata solo dalla sua temperatura. Riflette anche le onde radio, comprese quelle originarie della Terra e quelle provenienti dallo spazio. Ecco perché ho dovuto modellare la Via Lattea rimbalzando sulla Luna nel telescopio. Calcoliamo ciò che il riflesso dovrebbe essere basato su un modello della Via Lattea e quindi lo usiamo nella nostra analisi (sottraendolo dalla luminosità della Luna). ”
L'affascinante immagine della Via Lattea riflessa dalla Luna non è solo una bella immagine. Rappresenta una sorta di prova del concetto per i metodi di misurazione del team. "Abbiamo misurato il valore della luminosità media della nostra Galassia nel punto in cui la Luna la provoca, per dimostrare che la tecnica funziona", ha dichiarato la dott.ssa McKinley a Space Magazine.
Il Dr. McKinley e il suo team sono solo all'inizio di ciò che sperano possa essere una fruttuosa linea di indagine. Devono ancora perfezionare il modo in cui rappresentano le emissioni di primo piano e di sfondo per isolare le prime emissioni di idrogeno radio. Ma se possono, allora avranno aperto una finestra sulla sfuggente linea di rotazione di 21 cm di idrogeno neutro. E se riescono ad osservarlo, sperano di rispondere ad alcune domande fondamentali sulla storia dell'Universo.
- Documento di ricerca: "Misurare il segnale globale di 21 cm con il MWA-I: misurazioni migliorate dello sfondo del sincrotrone galattico usando l'occultazione lunare"
- Comunicato stampa ICRAR: "Moon aiuta a rivelare i segreti dell'Universo"
- Voce di Wikipedia: Cronologia dell'universo
