IKLAN

Kajian Alam Semesta Awal: Eksperimen REACH untuk mengesan garisan 21 cm yang sukar difahami daripada Hidrogen Kosmik 

Pemerhatian isyarat radio 26 cm, yang terbentuk akibat peralihan hiperfine hidrogen kosmik menawarkan alat alternatif kepada kajian alam semesta awal. Bagi zaman neutral alam semesta bayi apabila tiada cahaya dipancarkan, garisan 26 cm mungkin hanya tingkap. Walau bagaimanapun, isyarat radio anjakan merah yang dipancarkan oleh hidrogen kosmik di alam semesta awal adalah sangat lemah dan sukar difahami setakat ini. Pada 2018, eksperimen EDGE melaporkan pengesanan isyarat 26 cm tetapi penemuan itu tidak dapat disahkan secara bebas. Isu utama adalah sistematik instrumen dan pencemaran dengan isyarat lain dari langit. Eksperimen REACH adalah untuk menggunakan metodologi unik untuk mengatasi kesesakan. Diharapkan kumpulan penyelidik ini dapat mengesan isyarat yang sukar difahami ini dalam masa terdekat. Jika berjaya, Eksperimen REACH mungkin membawa '26 cm radio astronomi' ke hadapan dalam kajian alam semesta awal dan banyak membantu kita dalam merungkai misteri alam semesta awal. 

Apabila bercakap tentang kajian alam semesta awal, nama Teleskop Angkasa Angkasa James Webb (JWST) yang dilancarkan baru-baru ini muncul dalam fikiran kita. JWST, pengganti teleskop Hubble yang sangat berjaya, ialah sebuah balai cerap inframerah berasaskan angkasa lepas yang dilengkapi untuk menangkap isyarat optik/inframerah daripada bintang dan galaksi awal yang terbentuk di Alam Semesta tidak lama selepas Letupan Besar.1. Walau bagaimanapun, JWST mempunyai beberapa had setakat mengambil isyarat dari zaman neutral alam semesta awal berkenaan.  

Jadual: Epok dalam sejarah alam semesta sejak Big Bang  

(Sumber: Falsafah Kosmologi – latar belakang 21 cm. Boleh didapati di http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Sehingga 380 k tahun selepas letupan besar, alam semesta dipenuhi dengan gas terion dan legap sepenuhnya. Antara 380k - 400 juta tahun, alam semesta telah menjadi neutral dan telus. Epok pengionan semula bermula selepas fasa ini bermula 400 juta selepas letupan besar.  

Semasa zaman neutral alam semesta awal, apabila alam semesta dipenuhi dengan gas neutral dan telus, tiada isyarat optik dipancarkan (oleh itu dipanggil zaman gelap). Bahan bersatu tidak memancarkan cahaya. Ini menimbulkan cabaran dalam kajian Alam Semesta awal zaman neutral. Walau bagaimanapun, sinaran gelombang mikro dengan panjang gelombang 21 cm (bersamaan dengan 1420 MHz) yang dipancarkan oleh hidrogen kosmik yang sejuk dan neutral semasa zaman ini akibat daripada peralihan hiperhalus (dari putaran selari kepada putaran anti selari yang lebih stabil) menawarkan peluang kepada penyelidik. Sinaran gelombang mikro 21 cm ini akan dianjak merah apabila sampai ke Bumi dan akan diperhatikan pada frekuensi 200MHz hingga 10 MHz sebagai gelombang radio2,3.  

astronomi radio 21 cm: Pemerhatian isyarat hidrogen kosmik 21 sentimeter menawarkan pendekatan alternatif kepada kajian alam semesta awal terutamanya fasa zaman neutral yang tidak mempunyai sebarang pancaran cahaya. Ini juga boleh memberitahu kami tentang fizik baharu seperti pengagihan jirim dari semasa ke semasa, tenaga gelap, jirim gelap, jisim neutrino dan inflasi2.  

Walau bagaimanapun, isyarat 21 cm yang dipancarkan oleh hidrogen kosmik semasa fasa alam semesta awal adalah sukar difahami. Ia dijangka sangat lemah (kira-kira seratus ribu kali lebih lemah daripada isyarat radio lain yang juga terpancar dari langit). Akibatnya, pendekatan ini masih di peringkat awal.  

Pada 2018, penyelidik telah melaporkan pengesanan isyarat radio sedemikian pada frekuensi 78 MHz yang profilnya sebahagian besarnya konsisten dengan jangkaan untuk isyarat 21 sentimeter yang dipancarkan oleh hidrogen kosmik primordial.4. Tetapi pengesanan isyarat radio 21-cm primordial ini tidak dapat disahkan secara bebas oleh itu kebolehpercayaan eksperimen tidak dapat diwujudkan setakat ini. Isu utama nampaknya adalah pencemaran dengan isyarat radio latar depan.  

Pencapaian terbaharu ialah laporan Eksperimen Radio untuk Analisis Hidrogen Kosmik (REACH) pada 21 Julai 2022. REACH akan menggunakan pendekatan eksperimen baru untuk mengesan isyarat radio kosmik yang lemah dan sukar difahami ini sekali gus menawarkan harapan baharu untuk pengesahan isyarat kosmik 21 sentimeter.  

Eksperimen Radio untuk Analisis Hidrogen Kosmik (REACH) ialah eksperimen 21 cm purata langit. Ini bertujuan untuk menambah baik pemerhatian dengan menguruskan isu yang dihadapi oleh instrumen yang berkaitan dengan sisa isyarat sistematik dalam data. Ia menumpukan pada mengesan dan bersama-sama menerangkan sistematik bersama-sama dengan latar depan dan isyarat kosmologi menggunakan statistik Bayesian. Eksperimen ini melibatkan pemerhatian serentak dengan dua antena berbeza, sistem jalur lebar ultra (julat anjakan merah kira-kira 7.5 hingga 28) dan penentukur penerima berdasarkan ukuran dalam medan.  

Perkembangan ini penting memandangkan potensinya untuk menjadi salah satu alat terbaik (dan kos efektif juga berbanding balai cerap berasaskan angkasa lepas seperti James Webb) untuk kajian alam semesta awal serta kemungkinan memulakan fizik asas baharu.  

*** 

Rujukan:  

  1. Prasad U., 2021.James Webb Space Telescope (JWST): Balai Cerap Angkasa Pertama yang Didedikasikan untuk Kajian Alam Semesta Awal. Eropah saintifik. Disiarkan pada 6 November 2021. Boleh didapati di http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 
  1. Pritchard JA dan Loeb A., 2012. 21 cm kosmologi pada abad ke-21. Laporan Kemajuan dalam Fizik 75 086901. Boleh didapati di https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Pracetak di arXiv boleh didapati di https://arxiv.org/abs/1109.6012  versi pdf  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 
  1. Universiti Oxford. Falsafah Kosmologi – latar belakang 21 cm. Boleh didapati di http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 
  1. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Profil penyerapan berpusat pada 78 megahertz dalam spektrum purata langit. Alam 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 
  1. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Radiometer REACH untuk mengesan isyarat hidrogen 21 cm daripada anjakan merah z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  
  1. Eloy de Lera Acedo 2022. Membongkar misteri Alam Semesta bayi dengan radiometer REACH. Boleh didapati dalam talian di  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Wartawan sains | Pengasas editor, majalah Scientific European

Langgan newsletter kami

Untuk dikemas kini dengan semua berita terkini, tawaran dan pengumuman khas.

Kebanyakan Artikel Popular

HEROES: Badan Amal yang Diasaskan oleh Pekerja NHS untuk Membantu Pekerja NHS

Diasaskan oleh pekerja NHS untuk membantu pekerja NHS, telah...

Vaksin untuk COVID-19: Berlumba Melawan Masa

Pembangunan vaksin untuk COVID-19 adalah keutamaan global....

Kapal angkasa pemerhati suria, Aditya-L1 dimasukkan dalam Halo-Orbit 

Kapal angkasa pemerhati suria, Aditya-L1 berjaya dimasukkan dalam Halo-Orbit kira-kira 1.5...
- Iklan -
94,669Peminatsuka
47,715PengikutIkut
1,772PengikutIkut
30PelangganLanggan