Veliki prasak možda je bio svijetao i dramatičan, ali odmah nakon toga svemir je potamnio i to jako dugo. Znanstvenici vjeruju da su se prve zvijezde pojavile u muljevitom bujonu materije 200 milijuna godina nakon vrućeg početka. Budući da moderni teleskopi nisu dovoljno osjetljivi da bi izravno promatrali svjetlost ovih zvijezda, astronomi traže neizravne dokaze o njihovom postojanju.
I tako je tim znanstvenika uspio primetiti slabi signal tih zvijezda koristeći radio antenu veličine stolne ploče nazvanu EDGES. Spektakularna mjerenja koja otvaraju novi prozor u rani svemir pokazuju da su se ove zvijezde pojavile 180 milijuna godina nakon Velikog praska. Rad objavljen u časopisu Nature također sugerira da znanstvenici mogu preispitati od čega je napravljena "tamna tvar" - tajanstvena vrsta nevidljive materije.
Modeli su pokazali da su prve zvijezde koje su osvijetlile svemir bile plave i kratkotrajne. Uronili su svemir u kupku ultraljubičastog svjetla. Prvi opažljivi signal ove kozmičke zore dugo se smatrao "apsorpcijskim signalom" - padom svjetline na određenoj valnoj duljini - uzrokovanim prolaskom svjetlosti i utječući na fizička svojstva oblaka plinovitog vodika, najrasprostranjenijeg elementa u svemiru.
Znamo da bi taj pad trebalo otkriti u radiovalnom dijelu elektromagnetskog spektra na valnoj duljini 21 cm.
Kompleksno mjerenje
Promotivni video:
U početku je postojala teorija koja je sve to predviđala. Ali u praksi je izuzetno teško pronaći takav signal. To je zato što se isprepliće s mnogim drugim signalima u ovom području spektra koji su mnogo jači - na primjer, zajedničkim frekvencijama radio emisija i radio valovima drugih događaja u našoj galaksiji. Razlog što su znanstvenici uspjeli djelomično je bio taj što je eksperiment bio opremljen osjetljivim prijamnikom i malom antenom, što mu je omogućilo da relativno lako pokrije veliko područje neba.
Kako bi bili sigurni da je bilo kakav pad svjetline koji su pronašli posljedica svjetlosti zvijezda ranog svemira, znanstvenici su pogledali Dopplerov pomak. Ovaj vam je efekt poznat po spuštanju terena kada pored vas prolazi automobil s žmigavcem i sirenom. Isto tako, kako se galaksije odmiču od nas zbog širenja svemira, svjetlost se pomiče prema crvenim valnim duljinama. Astronomi taj efekt nazivaju "crvenim pomakom".
Crveni pomak govori znanstvenicima koliko je oblak plina udaljen od Zemlje i koliko je prije, prema kozmičkim mjerilima, s njega emitirano svjetlo. U ovom slučaju, bilo kakav pomak svjetline koji se očekuje na valnoj duljini od 21 cm ukazat će na kretanje i udaljenost plina. Znanstvenici su izmjerili pad svjetline koji se dogodio u različitim kozmičkim razdobljima, sve do trenutka kada je svemir bio star samo 180 milijuna godina, i usporedili su ga sa svojim trenutnim stanjem. Bilo je to svjetlo prvih zvijezda.
Pozdrav tamna materija
Priča tu ne završava. Znanstvenici su bili iznenađeni kad su utvrdili da je amplituda signala dvostruko veća od predviđene. To sugerira da je plinoviti vodik bio puno hladniji nego što se očekivalo iz mikrovalne pozadine.
Ti su rezultati objavljeni u drugom članku u časopisu Nature i bacili udicu za mamac teoretskim fizičarima. To je zato što iz fizike postaje jasno da je u ovo vrijeme postojanja svemira plin bilo lako zagrijati, ali teško hlađenje. Da bi objasnio dodatno hlađenje povezano sa signalom, plin je morao stupiti u interakciju s nečim još hladnijim. A jedina stvar hladnija od kozmičkog plina u ranom svemiru bila je tamna tvar. Teoretičari sada moraju odlučiti mogu li proširiti standardni model kozmologije i fizike čestica kako bi objasnili ovaj fenomen.
Znamo da postoji pet puta više tamne tvari od obične, ali ne znamo od čega je sazdana. Predloženo je nekoliko varijanti čestica koje bi mogle činiti tamnu materiju, a omiljena među njima je slabo interakcijska masivna čestica (WIMP).
Novo istraživanje, međutim, sugerira da čestica tamne tvari ne bi trebala biti puno teža od protona (koji ulazi u atomsku jezgru zajedno s neutronom). To je znatno ispod masa predviđenih za WIMP. Analiza također sugerira da je tamna tvar hladnija nego što se očekivalo i otvara fascinantnu priliku za korištenje "kozmologije od 21 cm" kao sonde za tamnu tvar u svemiru. Daljnja otkrića s osjetljivijim prijamnicima i manje smetnji sa zemaljskog radija mogla bi otkriti više detalja o prirodi tamne tvari, a možda čak i naznačiti brzinu kojom putuje.
Ilja Khel
