Астрономы разработали новый способ «увидеть» первые звезды сквозь туман ранней Вселенной

Группа астрономов разработала метод, который позволит им «видеть» сквозь туман ранней Вселенной и обнаружить свет от первых звезд и галактик.
Под эгидой Кембриджского университета, исследователи разработали методологию, которая позволит им наблюдать и изучать первые звезды через облака водорода, которые заполнили Вселенную примерно через 378 000 лет после Большого взрыва.
Square Kilometer Array (SKA) — телескоп следующего поколения, который должны достроить к концу десятилетия. Он, вероятно, сможет делать изображения самого раннего света во Вселенной. Для современных телескопов трудность заключается в обнаружении космологических сигналов звезд сквозь густые водородные облака.
Использование самого радиотелескопа создает искажения в принимаемом сигнале, что может полностью скрыть нужный космологический сигнал. В современной радиокосмологии это является чрезвычайно сложной задачей. Такие искажения считаются главным препятствием в этом типе наблюдения.
Теперь под эгидой Кембриджа команда ученых разработала методологию, позволяющую видеть сквозь первичные облака и другие шумовые сигналы неба, при этом избегая искажений, вносимых радиотелескопом. Их методология является частью эксперимента REACH (радиоэксперимент по анализу космического водорода). Она позволит астрономам наблюдать за самыми ранними звездами через их взаимодействие с водородными облаками. Процесс похож на угадывание ландшафта по очертаниям в тумане.
Их метод улучшит качество и надежность наблюдений этого неизведанного и ключевого момента в развитии Вселенной. Первые наблюдения REACH ожидаются в конце этого года.
В 2018 году другая исследовательская группа (проводившая «Эксперимент по обнаружению сигнатуры глобальной эпохи реионизации» или EDGES) опубликовала результат, намекающий на возможное обнаружение этого самого раннего света, но астрономы не смогли повторить результат, и все начали полагать, что первоначальный результат мог быть связан с помехами от используемого телескопа.
Чтобы изучить этот период развития Вселенной, часто называемый Космическим Рассветом, астрономы изучают сигнатуру электромагнитного излучения водорода в ранней Вселенной, которая выглядит как 21-сантиметровая линия. Они ищут радиосигнал, который покажет контраст между излучением самого водорода и излучением за водородным туманом.
Методология, разработанная Доктором Элой де Лера Аседо и его коллегами из Кембриджского университета, использует байесовскую статистику для обнаружения космологического сигнала при помехах от телескопа и общего небесного шума, чтобы отделить эти сигналы.
Для этого понадобились самые современные методики и технологии из разных областей.
Исследователи использовали моделирование, чтобы имитировать реальное наблюдение с использованием нескольких антенн, что повысило бы надежность данных —ранние наблюдения полагались на одну антенну.
«Наш метод совместно анализирует данные с нескольких антенн в более широком диапазоне частот, чем эквивалентные современные инструменты. Этот подход даст нам необходимую информацию для байесовского анализа данных», — сказал де Лера Аседо.
«По сути, мы отбросили традиционные стратегии проектирования и вместо этого сосредоточились на разработке телескопа, подходящего для нашего плана анализа данных — что-то вроде обратного дизайна. Это может помочь нам исследовать такие вещи как Космический Рассвет или эпоху реионизации, когда водород во Вселенной реионизировался».
Строительство телескопа в настоящее время завершается в радиозаповеднике Кару в Южной Африке. Место было выбрано из-за его отличных условий для радионаблюдений за небом. Он находится далеко от антропогенных радиочастотных помех, вроде телевизионных и FM-радиосигналов.
Профессор де Вильерс, один из руководителей проекта в Стелленбосском университете в Южной Африке, заявил: «Хотя технология антенны этого прибора довольно проста, суровые и удаленные условия развертывания, а также строгие допуски при производстве, осложняют работу над этим проектом».
«Мы будем рады увидеть, как хорошо система себя покажет, и полностью уверены, что сможем сделать это обнаружение возможным».
Большой взрыв и самые ранние периоды существования Вселенной были хорошо изучены благодаря исследованиям космического микроволнового фонового (CMB) излучения. Еще лучше была изучена поздняя и масштабная эволюция звезд и других небесных объектов. Но время образования первого света в Космосе — фундаментальная недостающая часть в головоломке истории Вселенной.....