QUẢNG CÁO

Nghiên cứu về vũ trụ sơ khai: Thí nghiệm REACH để phát hiện đường 21 cm khó nắm bắt từ Hydrogen trong vũ trụ 

Việc quan sát các tín hiệu vô tuyến 26 cm, được hình thành do quá trình chuyển đổi siêu mịn của hydro vũ trụ cung cấp một công cụ thay thế cho việc nghiên cứu vũ trụ sơ khai. Đối với kỷ nguyên trung tính của vũ trụ sơ sinh khi không có ánh sáng phát ra, các đường 26 cm có lẽ chỉ là cửa sổ. Tuy nhiên, những tín hiệu vô tuyến dịch chuyển đỏ này do hydro vũ trụ phát ra trong vũ trụ sơ khai là cực kỳ yếu ớt và cho đến nay rất khó nắm bắt. Vào năm 2018, thí nghiệm EDGE đã báo cáo phát hiện ra các tín hiệu 26 cm nhưng kết quả này không thể được xác nhận một cách độc lập. Vấn đề chính là hệ thống thiết bị và sự nhiễm các tín hiệu khác từ bầu trời. Thử nghiệm REACH là sử dụng phương pháp luận duy nhất để vượt qua nút thắt cổ chai. Người ta hy vọng rằng nhóm nghiên cứu này sẽ có thể phát hiện ra những tín hiệu khó nắm bắt này một cách đáng tin cậy trong tương lai gần. Nếu thành công, Thử nghiệm REACH có thể đưa 'thiên văn học vô tuyến 26 cm' lên vị trí hàng đầu trong việc nghiên cứu vũ trụ sơ khai và giúp chúng ta làm sáng tỏ những bí ẩn của vũ trụ sơ khai. 

When it comes to the study of vũ trụ sơ khai, name of recently launched james webb Space Telescope (JWST) pops up in our mind. JWST, a successor of hugely successful Hubble telescope, is a space-based, infrared observatory equipped to capture optical/infrared signals from the early stars and galaxies formed in the Universe soon after the Big Bang1. However, JWST has some limitation so far as picking up signals from the neutral epoch of vũ trụ sơ khai là có liên quan.  

Bảng: Các kỷ nguyên trong lịch sử vũ trụ kể từ vụ nổ Big Bang  

(Nguồn: Triết học Vũ trụ học - Nền 21 cm. Có tại http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Cho đến 380 k năm sau vụ nổ lớn, vũ trụ chứa đầy khí ion hóa và hoàn toàn mờ đục. Giữa 380k - 400 triệu năm, vũ trụ đã trở nên trung lập và trong suốt. Kỷ nguyên tái ion hóa bắt đầu sau giai đoạn này, bắt đầu từ 400 triệu sau vụ nổ lớn.  

Trong kỷ nguyên trung tính của vũ trụ sơ khai, khi vũ trụ chứa đầy các khí trung tính và trong suốt, không có tín hiệu quang học nào được phát ra (do đó được gọi là kỷ nguyên tối). Vật chất đơn nhất không phát ra ánh sáng. Điều này đặt ra một thách thức trong việc nghiên cứu Vũ trụ sơ khai của kỷ nguyên trung tính. Tuy nhiên, bức xạ vi sóng có bước sóng 21 cm (tương ứng với 1420 MHz) do hydro vũ trụ lạnh, trung tính phát ra trong kỷ nguyên này là kết quả của quá trình chuyển đổi siêu mịn (từ spin song song sang spin phản song song ổn định hơn) mang lại cơ hội cho các nhà nghiên cứu. Bức xạ vi sóng 21 cm này sẽ bị dịch chuyển đỏ khi đến Trái đất và sẽ được quan sát ở tần số 200MHz đến 10 MHz dưới dạng sóng vô tuyến2,3.  

Thiên văn học vô tuyến 21 cm: Việc quan sát các tín hiệu hydro vũ trụ 21 cm cung cấp một cách tiếp cận thay thế cho việc nghiên cứu vũ trụ sơ khai, đặc biệt là pha kỷ nguyên trung tính không có bất kỳ sự phát xạ ánh sáng nào. Điều này cũng có thể cho chúng ta biết về vật lý mới như phân bố vật chất theo thời gian, năng lượng tối, vật chất tối, khối lượng neutrino và lạm phát2.  

Tuy nhiên, các tín hiệu 21 cm do hydro vũ trụ phát ra trong giai đoạn đầu của vũ trụ là điều khó nắm bắt. Nó được cho là cực kỳ yếu (yếu hơn khoảng một trăm nghìn lần so với các tín hiệu vô tuyến khác cũng phát ra từ bầu trời). Kết quả là, cách tiếp cận này vẫn còn sơ khai.  

Vào năm 2018, các nhà nghiên cứu đã báo cáo việc phát hiện một tín hiệu vô tuyến như vậy ở tần số 78 MHz có cấu hình phần lớn phù hợp với kỳ vọng đối với tín hiệu 21 cm do hydro vũ trụ nguyên thủy phát ra.4. Nhưng việc phát hiện ra tín hiệu vô tuyến 21 cm ban đầu này không thể được xác nhận một cách độc lập do đó độ tin cậy của thí nghiệm không thể được thiết lập cho đến nay. Vấn đề chính dường như là bị nhiễm tín hiệu vô tuyến tiền cảnh.  

Mốc quan trọng mới nhất là báo cáo Thí nghiệm vô tuyến để Phân tích Hydro trong Vũ trụ (REACH) vào ngày 21 tháng 2022 năm 21. REACH sẽ sử dụng phương pháp thử nghiệm mới để phát hiện những tín hiệu vô tuyến vũ trụ yếu ớt khó nắm bắt này, do đó mang lại hy vọng mới cho việc xác nhận tín hiệu vũ trụ XNUMX cm.  

Thí nghiệm vô tuyến để phân tích hydro trong vũ trụ (REACH) là một thí nghiệm trung bình trên bầu trời là 21 cm. Điều này nhằm mục đích cải thiện quan sát bằng cách quản lý các vấn đề mà các công cụ phải đối mặt liên quan đến các tín hiệu hệ thống còn lại trong dữ liệu. Nó tập trung vào việc phát hiện và cùng giải thích hệ thống học cùng với tiền cảnh và tín hiệu vũ trụ bằng cách sử dụng số liệu thống kê Bayes. Thí nghiệm bao gồm các quan sát đồng thời với hai ăng-ten khác nhau, một hệ thống băng siêu rộng (dải dịch chuyển đỏ khoảng 7.5 đến 28) và một bộ hiệu chỉnh máy thu dựa trên các phép đo tại hiện trường.  

Sự phát triển này có ý nghĩa quan trọng do nó có tiềm năng trở thành một trong những công cụ tốt nhất (và hiệu quả về chi phí đối với các đài quan sát dựa trên không gian như James Webb) để nghiên cứu vũ trụ sơ khai cũng như khả năng mở ra vật lý cơ bản mới.  

*** 

Tài liệu tham khảo:  

  1. Prasad U., 2021. Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST): Đài quan sát không gian đầu tiên dành riêng cho việc nghiên cứu vũ trụ sơ khai. Khoa học Châu Âu. Đăng ngày 6 tháng 2021 năm XNUMX. Có tại 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 và Loeb A., 2012. Vũ trụ học 21 cm trong thế kỷ 21. Báo cáo về Tiến bộ trong Vật lý 75 086901. Có tại https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. In sẵn tại arXiv có sẵn tại https://arxiv.org/abs/1109.6012  phiên bản pdf  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 
  1. Đại học Oxford. Triết học Vũ trụ học - Nền 21 cm. Có sẵn tại http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 
  1. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Một cấu hình hấp thụ có tâm ở 78 megahertz trong quang phổ trung bình trên bầu trời. Nature 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 
  1. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Máy đo bức xạ REACH để phát hiện tín hiệu hydro 21 cm từ độ lệch đỏ z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  
  1. Eloy de Lera Acedo 2022. Tiết lộ những bí ẩn của Vũ trụ sơ sinh với máy đo bức xạ REACH. Có sẵn trực tuyến tại  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

*** 

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Nhà báo khoa học | Biên tập viên sáng lập tạp chí Khoa học Châu Âu

Theo dõi bản tin của chúng tôi

Để được cập nhật tất cả các tin tức mới nhất, ưu đãi và thông báo đặc biệt.

Hầu hết các bài viết được ưa thích

Paride: Một loại virus mới (Bacteriophage) chống lại vi khuẩn không hoạt động kháng kháng sinh  

Ngủ đông của vi khuẩn là chiến lược sinh tồn để đối phó với căng thẳng...

Khám phá các chất dẫn đến hóa học cho thuốc chống sốt rét thế hệ tiếp theo

Một nghiên cứu mới đã sử dụng sàng lọc bằng robot để chọn lọc ...

Thuốc kháng sinh aminoglycosides có thể được sử dụng để điều trị chứng sa sút trí tuệ

Trong một nghiên cứu đột phá, các nhà khoa học đã chứng minh rằng ...
- Quảng cáo -
94,555Người hâm mộNhư
47,688Người theo dõiTheo
1,772Người theo dõiTheo
30Thuê baoTheo dõi