Ampliar / No, no es una mesa de picnic. Es un observatorio que puede acabamos de alterar nuestras ideas sobre la materia oscura.Judd Bowman / ASU
Hoy, un pequeño equipo de investigadores anuncia que correspondientemente pequeño telescopio recogió algo que los teóricos solo habían sugerido que podría existir: una señal producida por Las primeras estrellas en nuestro universo. Su radiotelescopio, solo dos metros de diámetro, no representaban las estrellas directamente. En cambio, recogió una huella en el fondo cósmico de microondas dejado por el importa con qué interactuaran estas estrellas.
Y, aunque la señal había sido predicha por los teóricos, los cálculos habían sugerido que sería sustancialmente más pequeño de lo que realmente es. Si los resultados se mantienen, entonces podría ser un señal de que la materia oscura se ve muy diferente de lo que teníamos esperado.
Encendido
El fondo cósmico de microondas se produjo cuando el universo enfriado lo suficiente como para permitir que los electrones se establezcan en el universo primeros átomos, liberando radiación como lo hicieron. Captura famoso el estado del Universo cuando se formó, contándonos sobre el Big Bang que lo produjo, así como la composición del Contenidos del universo. Pero en muchos sentidos, es el regalo que mantiene dando, como detalles sutiles en el fondo proporcionan más detalles de la física del Universo, y los teóricos regularmente piensan formas de extraer más información de ella.
Las consideraciones teóricas ayudaron a motivar el proyecto EDGES, o Experimento para detectar la época global de la firma de reionización. En una era de telescopios masivos, EDGES es refrescantemente simple: su El componente más grande es solo un cuadrado de 30 metros de placas de metal en el suelo. En el centro se sientan dos antenas de radio sensibles a un región específica del espectro que se superpone con parte de la Fondo cósmico de microondas.
Se ha predicho que esa área del espectro capturará más bien interacción indirecta del fondo cósmico de microondas y el primeras estrellas En ese momento el Fondo Cósmico de Microondas era formado, el Universo todavía era extremadamente cálido y denso, con el primeros átomos a aproximadamente la misma temperatura que la radiación que estaban produciendo Esto les permitió interactuar con el microondas Radiación de fondo por un tiempo, pero ese tiempo llegó a su fin cuando El Universo continuó expandiéndose y los átomos se enfriaron.
El encendido de las primeras estrellas produjo mucha energía. radiación que calienta el gas circundante, empujando temporalmente de nuevo hasta el umbral donde podría interactuar nuevamente con el Fondo cósmico de microondas. Estas interacciones reducirían la cantidad de radiación de fondo en un área específica del espectro (actualmente en las longitudes de onda de radio), con los detalles precisos de La reducción depende del estado del gas en el momento. los El observatorio EDGES fue diseñado para un solo propósito: examinar que área del espectro.
Mucho ruido
El problema es que el fondo cósmico de microondas no es el solo señal a estas longitudes de onda. Nuestra propia galaxia produce muchos radiación allí; también lo hace la ionosfera de la Tierra, una gran altitud región de la atmósfera. Entonces, gran parte del trabajo del equipo implica identificando estas otras señales y eliminándolas. Por ejemplo, el La señal de la galaxia tiende a ser un grupo de absorbancia individual y líneas de emisiones, en lugar de un espectro suave. Y el La señal de la ionosfera fluctúa tanto con las estaciones como en función de �Qué está pasando con el clima espacial?
Entonces los investigadores tomaron mediciones durante cientos de horas durante un par de años. A mitad de camino, giraron uno de sus dos receptores para garantizar que la señal no sea producto de hardware local Y, para asegurarse de que las señales fueran reales, corrieron sus datos a través de dos piezas de análisis escritas independientemente software.
Cuando terminaron, hubo una señal clara. El mas distante la galaxia más antigua que conocemos es lo suficientemente distante como para que su luz sea cambió dramáticamente al rojo; una medida de esto denominado z produce una z de 11. La señal detectada por EDGES comienza en una z de 15 y envejece progresivamente. z = 15 corresponde al universo tener solo 270 millones de años.
Esto no es evidencia concluyente de que la señal de la primera Se han encontrado estrellas. La física generalmente quiere un nivel de confianza de cinco sigma antes de anunciar el descubrimiento, y esto está en 3.8 sigma. Pero es bastante convincente y tan bueno como este instrumento es probablemente sin mucho más tiempo de observación. Afortunadamente, hay hay una serie de proyectos similares en proceso, por lo que podemos tener verificación independiente relativamente pronto.
Frio y quizas oscuro
La detección en sí es una hazaña impresionante y ayudará a verificar nuestros modelos teóricos de las condiciones del universo cuando el Se formaron las primeras estrellas. Pero, como se mencionó anteriormente, la señal también contiene información sobre esas condiciones. Y esa informacion es bastante raro
La cantidad de energía absorbida estará relacionada con el temperatura del gas del universo en el momento en que las primeras estrellas encendido Y aquí, los datos ofrecen una pequeña sorpresa: el la absorción fue dos veces la cantidad predicha incluso por los más extremos modelos del Universo temprano. Eso significa que el gas presente en El Universo se enfrió mucho más rápido de lo que esperábamos.
�Por qué es eso raro? Porque casi todo lo que sabemos sobre el Universo estaba caliente en ese momento. No hay un mecanismo obvio para enfriar el gas.
El equipo de EDGES discute este tema ampliamente, pero un documento teórico adjunto de la Universidad de Tel Aviv Rennan Barkana expone el problema y su solución de manera bastante sucinta. “Los el enfriamiento adicional indicado por los datos solo es posible a través de interacción del [gas] con algo aún más frío “, Barkana escribe “El único componente cósmico conocido que puede ser más frío que el primer gas cósmico es materia oscura “. De hecho, casi todo aparte de las partículas que se han propuesto para explicar la oscuridad efectos gravitacionales de la materia, como los agujeros negros primordiales, debería estar calentando el gas.
El problema es que enfriar el gas requiere materia oscura para interactuar con él, y la materia oscura como se entiende actualmente no lo hace interactuar mucho con cualquier cosa. Más cálculos basados en el enfriamiento sugiere que las partículas de materia oscura deben estar lejos más ligero de lo que esperamos que sea, una pequeña fracción de la masa de El bosón de Higgs.
Es un poco cliché en los informes científicos decir que necesitamos más datos. Pero realmente necesitamos más datos aquí. Sería bueno empujar la importancia de esta señal hasta donde podríamos estar completamente seguro de que tuvimos un descubrimiento, en lugar de solo mirarlo extremadamente probable Y definitivamente querríamos alguna indicación de que la cantidad de energía absorbida es realmente el doble de lo previsto por teóricos Barkana también muestra que la señal debe distribuirse desigualmente en el espacio, con puntos fríos y calientes. Para recoger estos, vamos a probablemente quiera colocar un instrumento en el espacio, tal vez orbitando el Luna para que esté parcialmente protegida de las fuentes de radio en la Tierra.
Sin embargo, hasta que tengamos más datos, los teóricos van a tenga un día de campo con estos resultados.
Nature, 2018. DOI: 10.1038 / nature25792, 10.1038 / nature25791 (Sobre los DOI).
