天文学者は宇宙の最初の星からの光を検出しようとしています

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マーチソンワイドフィールドアレイ（WMA）電波望遠鏡を使用している科学者のチームは、宇宙の最初の星からの信号を見つけようとしています。これらの最初の星は、宇宙の暗黒時代の後に形成されました。最初の光を見つけるために、研究者たちは、中世の水素、つまり暗黒時代の後に宇宙を支配していたガスからの信号を探しています。

最初の星が形成されるまでしばらく時間がかかりました。ビッグバン後、宇宙は非常に熱くなりました。原子が形成するには熱すぎます。原子がなければ、星はありません。ビッグバンから約377,000年後まで宇宙は膨張し、原子が形成されるのに十分なほど冷却されました。ほとんどがヘリウムを含む中性水素です。（そしてリチウムの痕跡。）その後、再イオン化の時代に、最も初期の星が形成され始めました。

その中性水素からとらえどころのない信号を見つけるために、MWAが再構成されました。 MWAは西オーストラリアの遠隔地にあり、2013年に運用を開始したとき、2048個の無線アンテナが128個の「タイル」に配置されていました。謎めいた中性水素信号を探すために、タイルの数が2倍の256になり、アレイ全体が再配置。これらのレシーバーからのすべてのデータは、Correlatorと呼ばれるスーパーコンピューターに送られます。

Astrophysical Journalで発行される新しい論文は、新しく構成されたアレイからのデータの最初の分析の結果を示しています。この論文のタイトルは「Redshift 7でのファーストシーズンMWAフェーズII EoRパワースペクトル結果」です。主任研究者は、ブラウン大学の博士課程のウェンヤン・リーです。

この研究は、中性水素からの信号の強さを理解することを目的としています。分析により、その信号の最低限度が設定されました。これは、かすかな信号自体の検索の重要な結果です。

ブラウン大学の物理学の助教授で対応する著者であるジョナサンポーバー氏は、「中性水素信号が論文で設定した制限よりも強い場合、望遠鏡がそれを検出したと確信できます」と述べました。新しい用紙。「これらの発見は、宇宙の暗黒時代が終わり、最初の星が出現したときのタイミングをさらに制約するのに役立ちます。」

初期の宇宙でのイベントの詳細なタイムラインのように見えますが、私たちの理解には大きなギャップがあります。暗黒時代に続いて、再イオン化の時代が始まりました。そのとき、原子の形成により、星、矮小銀河、クエーサーなどの宇宙で最初の構造が出現しました。それらの物体が形成されると、それらの光は宇宙全体に広がり、中性水素を再イオン化します。その後、中性水素は星間空間から消えた。

科学者は、暗黒時代が再イオン化の時代に変わり、再イオン化の時代が展開したときに中性水素がどのように変化したかを知りたいと考えています。宇宙で最初に形成された星は、私たちが今日目にする構造のビルディングブロックであり、科学者はそれらを理解するために、その初期の中性水素からの信号を見つける必要があります。

しかし、それは簡単なことではありません。信号は微弱であり、それを見つけるには非常に高感度の検出器が必要です。中性水素は当初21 cmの波長でその放射を放出しましたが、信号は宇宙の膨張のために引き伸ばされています。現在は約2メートルです。この2メートルの信号は、自然信号と人間による信号の両方のように、他の多くの信号の間で簡単に失われます。 MWAがオーストラリアの遠隔地にあり、可能な限り多くのラジオノイズからMWAを隔離するのはそのためです。

「これらすべての他の情報源は、検出しようとしている信号よりも桁違いに強力です」とポーバー氏は語った。「望遠鏡の上をたまたま通過している飛行機から反射されたFMラジオ信号でさえ、データを汚染するのに十分です。」

ここで、Correlatorスーパーコンピュータの処理能力が発揮されます。これには、汚染信号を破棄し、MWA自体の性質を説明する能力があります。

「異なる無線周波数や波長を見ると、望遠鏡の動作は少し異なります」とポーバー氏は語った。「望遠鏡の応答を補正することは、天体物理学的汚染物質と目的の信号を分離するために絶対に重要です。」

アレイの再構成、データ分析技術、スーパーコンピューターの能力、研究者の努力が結果を生み出しました。この論文は、中性水素からの信号の新しい上限を提示しています。これは、MWAを使用する科学者が新しい、より微調整された制限をリリースした2回目です。科学者たちは、進歩を続けながら、とらえどころのない信号そのものを見つけたいと考えています。

「この分析は、フェーズ2のアップグレードが多くの望ましい効果をもたらしたことと、新しい分析手法が将来の分析を改善することを示しています」とポーバー氏は語った。「MWAが現在、信号に関する2つの最高の制限を連続して発表しているという事実は、この実験とそのアプローチには多くの約束があるという考えに弾みをつけています。」