Um experimento para explorar as consequências da alvorada cósmica, quando as estrelas e galáxias iluminada pela primeira vez o universo liderado pela Universidade da Califórnia, Berkeley, chamado HERA, o Epoch Hydrogen de Reionização Array, 240 pratos de rádio voltada para o céu do sul perto de Carnarvon, África do Sul, irá explorar o período de bilhões de anos após o gás de hidrogênio caiu em as primeiras estrelas, talvez 100 milhões de anos após o Big bang, através da ignição de estrelas e galáxias em todo o universo. Estes primeiros objetos brilhantes inundado o universo com luz ultravioleta que dividir ou ionizado todos os átomos de hidrogênio entre as galáxias em prótons e elétrons para criar o universo que vemos hoje.
"As primeiras galáxias se iluminou e começou bolhas de gás ionizante em torno deles, e logo essas bolhas começaram a percolação e interceptando e fazer bolhas maiores e maiores", disse Aaron Parsons, um professor associado UC Berkeley da astronomia e investigador principal para HERA. "Eventualmente, todos eles se cruzaram e você tem essa bolha über, deixando o universo como nós observamos hoje: entre as galáxias do gás é essencialmente todo ionizado."
Essa é a teoria, de qualquer maneira. HERA espera pela primeira vez para observar este marco cósmica chave e, em seguida, mapear a evolução da reionização a cerca de 1 bilhão de anos após o Big Bang.
"Temos inclinou-se uma tonelada sobre a cosmologia do nosso universo a partir de estudos de radiação cósmica de fundo, mas essas experiências estão observando apenas o casca fina de luz que foi emitida a partir de um grupo de prótons e elétrons que finalmente combinadas em hidrogênio neutro 380.000 anos após o Big bang, "disse ele. "Sabemos que a partir desses experimentos que o universo começaram neutro, e sabemos que ele terminou ionizado, e estamos a tentar mapear como a transição entre os dois."
A linha do tempo cósmico 13,8 bilhões de anos mostrado acima indica a era logo após o Big Bang observada pelo satélite Planck, a era das primeiras estrelas e galáxias observadas pelo HERA e a era da evolução da galáxia a serem observadas pelas futuro da NASA James Webb Espaço Telescópio.
"Antes da alvorada cósmica, o universo brilhava da radiação cósmica de fundo de microondas, mas não havia estrelas iluminando o universo", disse David DeBoer, um astrônomo de pesquisa em Radio Astronomy Laboratory da UC Berkeley. "Em algum ponto, o hidrogênio neutro semeado as estrelas e buracos negros e galáxias que reacendeu o universo e levaram à época de reionização".
A matriz HERA, o que pode, eventualmente, expandir-se para 350 telescópios, é constituído por pratos de rádio olhando fixamente para cima, medição da radiação originalmente emitido num comprimento de onda de 21 centímetro - a transição hiperfina no átomo de hidrogénio - que tem sido vermelho-deslocado por um factor de 10 ou mais desde que foi emitida cerca de 13 bilhões de anos atrás. Os pesquisadores esperam detectar as fronteiras entre as bolhas de hidrogênio ionizado - invisíveis para HERA - eo hidrogênio neutro ou atômica circundante.
Ao sintonizar o receptor para diferentes comprimentos de onda, que pode mapear os limites da bolha em diferentes distâncias ou desvios para o vermelho para visualizar a evolução das bolhas ao longo do tempo.
"HERA também pode nos dizer muito sobre como as galáxias se formam", disse Parsons. "As galáxias são organismos muito complexos que se alimentam de volta sobre si mesmos, regulando a sua própria formação de estrelas e do gás que cai neles, e nós realmente não entendo como eles vivem, especialmente neste momento inicial, quando o fluxo de gás de hidrogênio acaba como estruturas complexas com braços espirais e buracos negros no meio. a época de reionização é uma ponte entre a cosmologia que pode, teoricamente, calcular a partir de primeiros princípios e as astrofísica que observamos hoje e tentar entender ".
Os parceiros da UC Berkeley, em HERA são a Universidade de Washington, UCLA, Universidade Estadual do Arizona, a Rádio Observatório Astronómico Nacional, da Universidade da Pensilvânia, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Universidade Brown, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, o Square Kilometre Array em África do Sul e da Scuola Normale Superiore em Pisa, Itália.
Outros colaboradores são o Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica em Cambridge, Massachusetts, a Universidade de KwaZulu Natal, da Universidade de Western Cape e da Universidade de Rhodes, todos na África do Sul, e California State Polytechnic University em Pomona.
"Os astrônomos querem saber o que aconteceu com o universo depois que surgiu a partir de suas chamadas" idade das trevas ' ", disse Rich Barvainis, diretor do programa National Science Foundation, que financia HERA. "HERA vai nos ajudar a responder a essa pergunta, não estudando as estrelas primordiais e as próprias galáxias, mas sim através do estudo de como esses objetos mudou a natureza do espaço intergaláctico."
A chave para detectar essas bolhas de percolação de gás ionizado a partir da época de reionização é um receptor que pode detectar sinais de rádio de hidrogênio neutro um milhão de vezes mais fraca do que o ruído de rádio nas proximidades.
"O ruído em primeiro plano, principalmente emissão de sincrotrão de elétrons em espiral em campos magnéticos em nossa própria galáxia, é de cerca de um milhão de vezes mais forte que o sinal", disse DeBoer. "Este é um problema real, porque é como olhar para um vaga-lume na frente de um holofote incrivelmente poderoso. Estamos tentando ver o vaga-lume e filtrar o holofote."
A colaboração HERA espera que, eventualmente, expandir para 330 pratos de rádio na matriz do núcleo, cada apontada directamente para cima para medir a radiação emitida originalmente cerca de 13 bilhões de anos atrás. Vinte pratos outrigger (não mostrados) também estão planejadas, levando a matriz até 350 pratos total.
experiências anteriores, como a matriz de precisão levou-Berkeley UC Sondagem do Epoch de Reionização (papel) na África do Sul e a matriz Murchison Widefield (MWA) na Austrália, não têm sido suficientemente sensível para detectar este sinal, mas com pratos maiores e melhores processamento de sinal, HERA deve fazer o truque.
"HERA é um edifício instrumento de próxima geração única sobre o património de papel", disse Parsons, que ajudou a construir PAPEL uma década atrás, quando ele era um estudante de pós-graduação trabalhando com o falecido UC Berkeley astrônomo Donald Backer. "É no mesmo local como o papel, nós estamos usando um monte de o mesmo equipamento, mas importante reunimos muito mais colaboradores, incluindo um monte de a equipe dos EUA que tem trabalhado com MWA."
A estratégia é construir um arranjo hexagonal de pratos de rádio que minimiza o ruído, tais como reflexões de rádio nos pratos e fios, que obscurecem o sinal. O valor de um supercomputador de campo matrizes de portas programáveis irá cruzar-correlacionar os sinais das antenas para finamente mapear uma faixa de 10 graus do céu do sul centrado em menos-30 graus de latitude. Usando uma técnica adotada a partir de papel, que vai empregar este poder de processamento do computador para eliminar o ruído variando lentamente em todo o espectro de comprimentos de onda - 150-350 centímetros - para revelar o sinal rapidamente variando de hidrogênio neutro como eles sintonia em todo o espectro de rádio.
Os astrônomos já descobriram indícios de reionização, disse Parsons. As medições da polarização da radiação cósmica de fundo mostram que alguns dos fótons emitidos naquele tempo no início do universo foram espalhados ao intervir elétrons eventualmente criados pelas primeiras estrelas e galáxias. E levantamentos de galáxias apareceram algumas galáxias muito distantes que mostram a atenuação intervindo hidrogênio neutro intergaláctico, talvez o último pedaço restante antes reionização foi completa.
"Nós temos uma indicação de que a reionização deveria ter acontecido, e estamos recebendo sugestões de quando ele poderia ter acabado, mas não temos nada a dizer-nos o que está acontecendo durante a mesma.", Acrescentou Parsons. "Isso é o que nós esperamos aprender com HERA, o processo real passo-a-passo de como reionização aconteceu."
Uma vez que os astrônomos sabem o processo de reionização, eles podem calcular o espalhamento de radiação da era da recombinação - a radiação cósmica de fundo, ou CMB - e remover alguns dos erros que o torna difícil de detectar as ondas gravitacionais produzidas pela inflação logo após o Big bang.
"Há um monte de cosmologia que pode fazer com HERA", disse Parsons. "Nós aprendemos muito com a casca fina da CMB, mas aqui vamos estar a olhar para um espaço tridimensional. Algo como 80 por cento do universo observável pode ser mapeada usando a linha de 21 centímetros, de modo que este se abre a próxima geração da cosmologia ".
Parsons e DeBoer comparar HERA para o primeiro experimento para detectar a radiação cósmica de fundo, o Cosmic Background Explorer, que atingiu sua meta em 1992 e ganhou por seus líderes - George Smoot da UC Berkeley e Lawrence Berkeley National Laboratory, e John Mather da NASA - o Prêmio Nobel 2006 de Física.
"Em última instância, o objetivo é chegar ao ponto foram na verdade estamos fazendo imagens, assim como as imagens CMB temos visto", disse DeBoer. "Mas isso é muito, muito difícil, e precisamos aprender um pouco sobre o que está procurando e os instrumentos de que precisamos para chegar lá. Esperamos que o que nós desenvolvemos permitirá que o Square Kilometre Array ou outro grande projeto para realmente faça estas imagens e obter muito mais da ciência a partir desta época crucial na nossa história cósmica ".
O Galaxy diário via Universidade da Califórnia - Berkeley
Nenhum comentário:
Postar um comentário