Алгачкы ааламды изилдөө: Космикалык суутектен 21 см сызыкты аныктоо үчүн REACH эксперименти 

Космостук суутектин өтө майда өтүшүнөн улам пайда болгон 26 см радио сигналдарын байкоо алгачкы ааламды изилдөөгө альтернативдүү курал болуп саналат . Жарык чыкпаган жаңы ааламдын нейтралдуу дооруна келсек , 26 см сызыктар, балким, бир гана терезе. Бирок, алгачкы ааламда космостук суутек чыгарган бул кызыл жылмышуу радио сигналдары өтө алсыз жана азырынча белгисиз. 2018-жылы EDGE эксперименти 26 см сигналдарды аныктоо жөнүндө кабарлаган, бирок жыйынтыктарды өз алдынча ырастоо мүмкүн болгон эмес. Негизги маселе аспаптын системалуулугу жана асмандан келген башка сигналдар менен булганышы болгон. REACH эксперименти тоскоолдуктарды жоюу үчүн уникалдуу методологияны колдонууну көздөйт. Бул изилдөө тобу жакынкы келечекте бул белгисиз сигналдарды ишенимдүү түрдө аныктай алат деп үмүттөнөбүз. Эгерде ийгиликтүү болсо, REACH эксперименти алгачкы ааламды изилдөөдө "26 см радиоастрономиясын" алдыңкы планга алып чыгып, алгачкы ааламдын сырларын ачууга чоң жардам берет.

Алгачкы ааламды изилдөө жөнүндө сөз болгондо , жакында эле ишке киргизилген Джеймс Уэбб космостук телескобунун (JWST) аталышы эске түшөт. Өтө ийгиликтүү Хаббл телескобунун мураскери болгон JWST - бул ^Чоң жарылуудан көп өтпөй Ааламда пайда болгон алгачкы жылдыздардан жана галактикалардан оптикалык/инфракызыл сигналдарды кармоо үчүн жабдылган космостук, инфракызыл обсерватория. Бирок , JWSTтин алгачкы ааламдын нейтралдуу доорунан сигналдарды кармоо жагынан бир аз чектөөлөрү бар.

Таблица: Чоң жарылуудан берки аалам тарыхындагы доорлор

(Булак: Космология философиясы – 21 см фон. http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg дарегинен тапса болот )

Чоң жарылуудан 380 миң жылга чейин аалам иондоштурулган газга толуп, толугу менен тунук эмес болуп калган. 380 миң – 400 миллион жыл аралыгында аалам нейтралдуу жана тунук болуп калган. Бул фазадан кийин Чоң жарылуудан 400 миллион жыл өткөндөн кийин реиондоштуруу доору башталган.

Алгачкы ааламдын нейтралдуу доорунда , аалам нейтралдуу газдарга толуп, тунук болгондо, оптикалык сигнал чыккан эмес (ошондуктан караңгы доор деп аталат). Бириккен материал жарык чыгарбайт. Бул нейтралдуу доордун алгачкы ааламын изилдөөдө кыйынчылык жаратат . Бирок, бул доордо муздак, нейтралдуу космостук суутек тарабынан өтө майда өтүүнүн натыйжасында (параллель спинден туруктуураак антипараллель спинге) чыгарылган 21 см толкун узундугундагы (1420 МГцге туура келген) микротолкундуу нурлануу изилдөөчүлөргө мүмкүнчүлүк берет. Бул 21 см микротолкундуу нурлануу Жерге жеткенде кызылга жылышат жана 200 МГцтен 10 МГцке чейинки жыштыктарда радио толкундар катары байкалат ^2,3.

21 см радиоастрономиясы: 21 сантиметрлик космостук суутек сигналдарын байкоо алгачкы ааламды , айрыкча жарык нурлануусу жок нейтралдуу доор фазасын изилдөөгө альтернативдүү мамилени сунуштайт . Бул бизге убакыттын өтүшү менен заттын таралышы, караңгы энергия, караңгы зат, нейтрино массалары жана инфляция сыяктуу жаңы физика жөнүндө да маалымат бере алат ².

Бирок, ааламдын алгачкы фазасында космостук суутек чыгарган 21 см сигналдар белгисиз. Ал өтө алсыз (асмандан чыккан башка радио сигналдарга караганда жүз миң эсе алсыз) болот деп күтүлүүдө. Натыйжада, бул ыкма дагы эле баштапкы этапта.

2018-жылы изилдөөчүлөр 78 МГц жыштыктагы мындай радио сигналды аныкташканын билдиришкен, анын профили алгачкы космостук суутек ⁴ чыгарган 21 сантиметрлик сигналга болгон күтүүлөргө көбүнчө дал келген . Бирок алгачкы 21 см радио сигналдын аныкталышын көз карандысыз түрдө тастыктоо мүмкүн болгон жок, ошондуктан эксперименттин ишенимдүүлүгүн азырынча аныктоо мүмкүн болгон жок. Негизги маселе алдыңкы пландагы радио сигналдар менен булгануу болуп көрүнөт.

Акыркы этап болуп 21-жылдын 2022-июлунда Космикалык суутектин анализи боюнча радио эксперименттин (REACH) отчету саналат. REACH бул алсыз космостук радиосигналдарды аныктоо үчүн жаңы эксперименталдык ыкманы колдонот, ошентип, 21 сантиметрлик космостук сигналдарды тастыктоого жаңы үмүт берет.  

Космостук суутекти талдоо боюнча радиоэксперимент (REACH) - бул асман боюнча орточо эсеп менен 21 см болгон эксперимент. Бул маалыматтардагы калдык системалуу сигналдарга байланыштуу аспаптар туш болгон көйгөйлөрдү башкаруу аркылуу байкоолорду жакшыртууга багытталган. Ал Байес статистикасын колдонуу менен алдыңкы пландар жана космологиялык сигнал менен бирге систематиканы аныктоого жана биргелешип түшүндүрүүгө багытталган. Эксперимент эки башка антенна, ультра кең тилкелүү система (кызыл жылыш диапазону болжол менен 7.5тен 28ге чейин) жана талаа ичиндеги өлчөөлөргө негизделген кабыл алгыч калибратор менен бир убакта байкоолорду камтыйт.

Бул өнүгүү алгачкы ааламды изилдөө үчүн эң мыкты куралдардын бири (жана Джеймс Уэбб сыяктуу космостук обсерваторияларга караганда өтө үнөмдүү) болуу мүмкүнчүлүгүн , ошондой эле жаңы фундаменталдык физиканы киргизүү мүмкүнчүлүгүн эске алганда маанилүү.

*** 

Колдонулган адабияттар:  

1. Prasad U., 2021. Джеймс Уэбб космостук телескобу (JWST): Алгачкы ааламды изилдөөгө арналган биринчи космос обсерваториясы. Илимий европалык. 6-жылдын 2021-ноябрында жайгаштырылган. Бул даректе жеткиликтүү http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/

2. Pritchard JA and Loeb A., 2012. 21 см космология 21-кылымда. Физикадагы прогресс боюнча отчеттор 75 086901. Бул даректе https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Алдын ала басып чыгаруу arXiv дареги боюнча жеткиликтүү https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf версиясы  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. Оксфорд университети. Космология философиясы – 21 см фон. дареги боюнча жеткиликтүү http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Боумен, Дж., Роджерс, А., Монсалв, Р. Асмандагы орточо спектрде 78 мегагерцте борборлошкон абсорбциялык профиль. Nature 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. де Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Redshift z ≈ 21–7.5ден 28 см суутек сигналын аныктоо үчүн REACH радиометри. Нат Астрон (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. REACH радиометри менен ымыркайлар ааламынын сырларын ачуу. Интернетте жеткиликтүү  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***