ארכיאולוגיה קוסמית: פענוח התעלומה של אור היקום הראשון 

מדענים חוקרים את אפקט ה-kSZ כדי להבין את עידן ההיינון מחדש, כאשר הכוכבים הראשונים ייננו את המימן והאירו את היקום הקדום, תוך שימוש בנתונים מטלסקופ הקוטב הדרומי וסימולציות מתקדמות

תצפיות באור הראשון של היקום. התמונה הוכנה באמצעות DALEE ואינה מהווה תמונה מדעית
תצפיות באור הראשון של היקום. התמונה הוכנה באמצעות DALEE ואינה מהווה תמונה מדעית

מדענים חוקרים את עידן היינון מחדש (EoR), תקופה שבה הכוכבים והגלקסיות הראשונות ייננו את המימן, והאירו את היקום הקדום. תוך שימוש בנתונים מטלסקופ הקוטב הדרומי וסימולציות, החוקרים שואפים לזהות את אפקט ה-kSZ העמום, שעשוי לעזור להבין את תזמון ותהליך היינון מחדש, על אף שטרם מצאו את האות

דמיינו מסע חזרה לתקופת היקום הקדום, אל תחילת עידן היינון מחדש. זה הזמן שבו נוצרו הכוכבים והגלקסיות הראשונים, והאנרגיה שלהם הפרידה בין הפרוטונים והאלקטרונים בגז המימן הקדום הצפוף, ויצרה בועות של גז מיונן.

במסע הקוסמי שלכם, הייתם רואים בועות רבות כאלה בחשכה, שהולכות ומתאחדות, מייננות את כל המימן ביקום ומאירות את החושך, מה שמאפשר את התפתחות הגלקסיות כפי שאנו מכירים אותן היום.

למרבה הצער, מדענים לא יכולים ליצור מכונות זמן שייקחו אותנו חזרה לעידן היינון מחדש, אך הם יכולים לאסוף טרה-בייטים של נתונים וליצור סימולציות כדי להבין את היקום הקדום ותהליך מרכזי להבנת היווצרות והתפתחות גלקסיות.

לדברי סריניוואסן ראגונאתן, ד”ר, עמית מחקר פוסט-דוקטורט במרכז לסקרי אסטרופיזיקה (CAPS) במרכז הלאומי ליישומי מחשוב על (NCSA) שבאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין, “הכוכבים הראשונים הללו פלטו הרבה אנרגיה, וכאשר הפוטונים האולטרה-סגולים שלהם מתקשרים עם אטומי המימן הנייטרלים, הם מעיפים אלקטרון מהאטום, וזה למעשה איך שהיקום עבר היינון מחדש.”

גילוי אפקט ה-kSZ

ראגונאתן הוביל צוות מחקר רב-מוסדי שניסה לזהות את אפקט ה-kSZ ממפות הטמפרטורה של קרינת הרקע הקוסמית (CMB) באמצעות נתונים שהתקבלו מטלסקופ הקוטב הדרומי ומהמכשיר SPIRE על גבי מצפה החלל הרשל. ממצאי המחקר פורסמו לאחרונה בכתב העת Physical Review Letters.

הצוות לקח נתונים מטלסקופ הקוטב הדרומי – שנמדדו בתדרים של 90, 150 ו-220 גיגה-הרץ בתחום התת-מילימטרי – וביצע ניתוח מתמטי שמדד קורלציות בין ארבע נקודות במערכת כדי לחפש את טבעו הלא-גאוסי של אפקט ה-kSZ. האפקט צפוי לתת עלייה קלה באנרגיה (שנמדדת בטמפרטורה) של ה-CMB כאשר גלקסיות מתחילות להיווצר והיינון מחדש מתרחש ברחבי היקום.

סימולציה של היקום הקדום

כדי לסייע בחיפוש אחר אות ה-kSZ, החוקרים פיתחו סימולציות מחשב ברזולוציה גבוהה של היקום, ובאמצעותן עבדו לסנן אותות מיותרים והשפעות של עדשת כבידה מקרינת הרקע הקוסמית.

לדבריו של ראגונאתן, “אנחנו מנסים לבנות מודל סטטיסטי של עידן היינון מחדש. אנו יודעים שיש גלקסיות רבות, או הרבה מאוד בועות, ושצריכה להיות קורלציה מסוימת ביניהן שיוצרת את אות ה-kSZ. אנו מנסים לנחש כיצד היקום שלנו עבר היינון מחדש על בסיס הקורלציות הללו.”

על אף שהקבוצה לא זיהתה עדיין את האות, התוצאה נחשבת לצעד חשוב קדימה בחקר היקום הקדום ובהבנת עידן היינון מחדש. הצבת גבול עליון לתקופת סיום היינון מחדש מאפשרת לחוקרים פרמטר לעבודה להמשך המחקר של היקום הקדום.

“המחקר הנוכחי הוא שלב ראשון בחיפוש אחר האות,” אמר ראגונאתן, “ובעתיד הקרוב, אנו מקווים לזהות אותו. אנחנו יודעים שהוא קיים, וכי היינון מחדש התרחש. כעת אנו רוצים לדעת מדוע וכיצד קרה התהליך כולו.”

עוד בנושא באתר הידען:

2 Responses

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

אתר זה עושה שימוש באקיזמט למניעת הודעות זבל. לחצו כאן כדי ללמוד איך נתוני התגובה שלכם מעובדים.