Naukowcy odkryli przyczynę tajemniczego sygnału radiowego z odległości 9 miliardów lat świetlnych

Naukowcy wykryli tajemniczą falę radiową, która rozpoczęła się dziewięć miliardów lat świetlnych od Ziemi.

Ale zanim zaczniesz się ekscytować, to nie jest znak, że kosmici próbują się z nami skontaktować z innego zakątka wszechświata.

Zamiast tego kosmolodzy z Indian Institute of Science i McGill University twierdzą, że sygnał został wyemitowany przez galaktykę gwiazdotwórczą 8,8 miliarda lat temu.

Charakterystyka sygnału wskazuje, że pochodził on z gazowego wodoru w odległej galaktyce o nazwie „SDSSJ0826+5630”.

Fala radiowa, o której mowa, została przechwycona przez Giant Metrewave Radio Telescope w Pune (na zdjęciu) w Indiach i miała długość fali 48 cm

„To odpowiednik spojrzenia wstecz na 8,8 miliarda lat” – powiedział dr Arnab Chakraborty z McGill University.

Wodór cieszy się dużym zainteresowaniem fizyków, ponieważ jest najprostszym pierwiastkiem i jednym z podstawowych elementów budulcowych wszechświata.

Po Wielkim Wybuchu, około 13,8 miliarda lat temu, wodór rozprzestrzenił się po całym wszechświecie w postaci mgły, z której powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki.

Naukowcy zawsze szukają fal, które można prześledzić wstecz do tego wczesnego wodoru, aby dowiedzieć się więcej o formowaniu się wszechświata.

Fala radiowa, o której mowa, została przechwycona przez radioteleskop Giant Metrewave Radio Telescope w Pune w Indiach i miała długość 48 cm.

Jednak naukowcy z Montrealu w Kanadzie i Bangalore w Indiach doszli do wniosku, że ten konkretny sygnał radiowy ożył już przy długości fali 21 cm.

Neutralne atomy wodoru emitują fale o charakterystycznej długości fali 21 cm i częstotliwości 1420 MHz.

To pozwala im przebijać chmury pyłu i pokonywać duże odległości we wszechświecie, z których część została ostatecznie odkryta przez naukowców z Ziemi.

Ale gdy to promieniowanie przemieszcza się przez rozszerzającą się przestrzeń, jego długość fali jest rozciągana, a częstotliwość maleje, przez tak zwane „przesunięcie ku czerwieni”.

Przesunięcie ku czerwieni pozwala naukowcom obliczyć, ile czasu minęło od wyemitowania fali, co w tym przypadku miało miejsce, gdy nasza galaktyka miała zaledwie 4,9 miliarda lat.

Soczewkowanie grawitacyjne polega na tym, że grawitacja masywnego obiektu wzmacnia promieniowanie elektromagnetyczne. Masywne obiekty, takie jak galaktyki, powodują zakrzywienie czasoprzestrzeni wokół nich, a jeśli znajdują się na ścieżce promieni świetlnych, promienie będą musiały obrać różne ścieżki, aby zagiąć się wokół nich. Następnie promienie zbiegają się po drugiej stronie jako jeden skupiony promień

Znaki wodoru na zewnętrznych krańcach wszechświata są bardzo trudne do zdobycia.

Fale wytwarzane przez atomy wodoru często mają długie długości fal o niskiej energii, co sprawia, że ​​jest mało prawdopodobne, aby przetrwały długą podróż do naszych teleskopów.

Do tej pory była to najstarsza emisja wodoru, jaką kiedykolwiek wykryto 4,4 miliarda lat wiek lub stary

Ale ten ostatni sygnał wykorzystywał zjawisko zwane „soczewkowaniem grawitacyjnym”, które skupiało promienie i umożliwiało ich wykrycie.

Teoria względności Alberta Einsteina głosi, że grawitacja nie jest siłą, ale raczej zakrzywieniem czasoprzestrzeni z powodu obecności masy lub energii.

Jeśli pomyślisz o wydłużonym liściu jako o czasoprzestrzeni, a arbuzie jako reprezentacji masy, to upuszczenie arbuza na liść spowoduje, że ten ostatni zakrzywi się wokół niego.

W rezultacie ciała o mniejszej masie przesuwają się wzdłuż tej krzywej w kierunku ciała gęstszego, co objawia się w postaci siły grawitacji.

Im większy obiekt, na przykład gwiazda, czarna dziura lub galaktyka, tym bardziej zakrzywia czasoprzestrzeń i tym silniejsze jest jego przyciąganie grawitacyjne.

To zginanie ma również wpływ na światło, ponieważ masywny obiekt na swojej drodze powoduje, że każdy promień obiera inną ścieżkę i zagina się wokół niego.

Następnie wszystkie promienie zbiegają się w jedną skupioną wiązkę po drugiej stronie obiektu, którą łatwo wykryć za pomocą teleskopów.

Współautor, dr Nirupam Roy z Indian Institute of Science, powiedział: „Soczewkowanie grawitacyjne wzmacnia sygnał pochodzący z odległego obiektu, aby pomóc nam zajrzeć we wczesny Wszechświat.

„W tym konkretnym przypadku sygnał jest zakrzywiony, ponieważ między celem a obserwatorem znajduje się inny masywny obiekt, inna galaktyka” – powiedział współautor, dr Nirupam Roy. To skutecznie powiększa sygnał o współczynnik 30, pozwalając teleskopowi go odebrać. Na zdjęciu: obraz galaktyki pierwszego planu uchwycony przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a w zbliżeniu na światło z SDSSJ0826+5630

W tym konkretnym przypadku sygnał jest zakrzywiany przez obecność innego masywnego obiektu, innej galaktyki, między celem a obserwatorem.

To skutecznie powiększa sygnał o współczynnik 30, umożliwiając teleskopowi jego wykrycie.

Fizycy byli w stanie zebrać informacje o wodorze w galaktyce źródłowej z sygnału.

W swoim artykule opublikowanym w tym miesiącu w Miesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa AstronomicznegoMówią, że masa atomowa gazu w SDSSJ0826+5630 jest około dwa razy większa niż masa atomowa gwiazd widocznych z Ziemi.

Mają też nadzieję, że odkrycie tak starożytnej emisji wodoru oznacza, że ​​na horyzoncie może pojawić się więcej i zaowocuje lepszym zrozumieniem wszechświata.

„Galaktyka emituje różne rodzaje sygnałów radiowych” – powiedział dr Chakraborty.

Do tej pory można było odebrać tylko ten konkretny sygnał z pobliskiej galaktyki, co ogranicza naszą wiedzę o tych galaktykach najbliższych Ziemi.

Ale za pomocą naturalnie występującego zjawiska zwanego soczewkowaniem grawitacyjnym możemy odebrać słaby sygnał z rekordowej odległości.

Pomoże nam to zrozumieć powstawanie galaktyk w znacznie większych odległościach od Ziemi.