אסטרונומים מגלים דרכים חדשות לחקור את הכוכבים הראשונים של היקום, גופים רחוקים וחלשים מדי לצפייה ישירה, על ידי בדיקת אות ה-21 ס"מ, אות רדיו עתיק שהשאירו אטומי מימן זמן קצר אחרי המפץ הגדול.
ההבנה איך העולם עבר מחשיכה מוחלטת לזוהר הראשון של אור כוכבים היא אבן דרך חשובה בתולדות היקום, תקופה המכונה השחר הקוסמי. אבל אפילו הטלסקופים הכי מתקדמים של היום לא יכולים ללכוד ישירות את הכוכבים הכי מוקדמים האלה, ולכן גילוי התכונות הבסיסיות שלהם הוא מהמשימות הכי קשות באסטרונומיה.
צוות חוקרים הראה עכשיו שרמזים על המסות של הכוכבים הראשונים האלה אפשר למצוא באות רדיו מסוים. האות הזה מופק על ידי אטומי מימן שמילאו את החלל בין אזורים יוצרי כוכבים מוקדמים ונוצר כ-100 מיליון שנים בלבד אחרי המפץ הגדול.
המדענים בדקו איך הכוכבים הכי המוקדמים ושרידיהם שינו את האות הזה, המכונה אות ה-21 ס"מ, ומראים שלמצפי הרדיו שיתחילו לפעול בקרוב יש פוטנציאל לגלות איך היקום הצעיר התפתח מענן כמעט אחיד של מימן ליקום עם המבנה העשיר שרואים היום.
"זאת הזדמנות ייחודית ללמוד איך האור הראשון של היקום הופיע מהאפילה", אמרה המחברת המשותפת האסטרונומית אנסטסיה פיאלקוב. "המעבר מיקום קר ואפל ליקום מלא בכוכבים הוא סיפור שאנו רק מתחילים להבין".
המחקר על דור הכוכבים הראשון של היקום תלוי בזוהר ה-21 ס"מ המאוד חלש, צורה קדומה של אנרגיה שנעה יותר מ-13 מיליארד שנים. את האות הזה מעצבת קרינה מכוכבים וחורים שחורים מוקדמים, ולכן הוא אחת מהדרכים הבודדות שמאפשרות למדענים לחקור את היקום בשלביו הכי מוקדמים.
REACH, SKA והחיפוש אחר אור כוכבים עתיק
פיאלקוב מובילה את קבוצת התאוריה של REACH, אנטנת רדיו שהיא אחד משני פרויקטים חשובים שיוכלו לעזור לנו ללמוד על השחר הקוסמי ועידן הדֵּיוֹנִיזַצְיָה, כשהכוכבים הראשונים ייננו מחדש אטומי מימן ניטרליים ביקום.
למרות ש-REACH, שלוכדת אותות רדיו, עדיין בשלב הכיול שלה, היא מבטיחה לגלות נתונים על היקום המוקדם. SKA (מערך הקילומטר הרבוע) – מערך מסיבי של אנטנות שבבנייה – ימפה תנודות באותות קוסמיים על פני אזורים נרחבים של השמיים.
שני הפרויקטים חיוניים בחקירת המסה, עוצמת ההארה והפיזור של הכוכבים הכי מוקדמים של היקום. במחקר הנוכחי פיאלקוב ועמיתיה פיתחו מודל שמבצע תחזיות לגבי אות ה-21 ס"מ עבור REACH ו-SKA, ומצאו שהאות רגיש למסות של הכוכבים הראשונים.
"אנחנו הקבוצה הראשונה שכוללת במודל בעקביות את התלות של אות ה-21 ס"מ במסות של הכוכבים הראשונים, כולל ההשפעה של אור כוכבים UV ופליטות קרינת רנטגן ממערכות רנטגן בינריות שנוצרות כאשר הכוכבים הראשונים מתים", אמרה פיאלקוב. "התובנות האלה נובעות מהדמיות שמשלבות את התנאים ההיוליים של היקום, כגון ההרכב מימן-הליום שיצר המפץ הגדול".
כשהחוקרים פיתחו את המודל התאורטי שלהם, הם חקרו איך אות ה-21 ס"מ מגיב לפיזור המסה של הכוכבים הראשונים, הנקראים כוכבי אוכלוסייה III. הם מצאו שבמחקרים קודמים לא העריכו מספיק את הקשר הזה כי לא הביאו בחשבון את המספר והבהירות של מערכות רנטגן בינריות – מערכות בינריות הכוללות כוכב רגיל וכוכב שקרס – בין כוכבי אוכלוסייה III, ואיך הם משפיעים על אות ה-21 ס"מ.
מבט סטטיסטי על הכוכבים הראשונים
שלא כמו טלסקופים אופטיים כמו טלסקופ החלל ווב, שמצלמים תמונות חיות, רדיו אסטרונומיה מסתמכת על ניתוח סטטיסטי של אותות חלשים. REACH ו-SKA לא יוכלו לצלם כוכבים פרטניים, אלא יספקו מידע על אוכלוסיות שונות של כוכבים, מערכות רנטגן בינריות וגלקסיות.
"צריך דמיון כדי לקשר נתוני רדיו לסיפור של הכוכבים הראשונים, אבל ההשלכות עמוקות", אמרה פיאלקוב.
עוד בנושא באתר הידען:
