Sekumpulan saintis yang bekerja dengan teleskop radio Murchison Widefield Array (WMA) sedang berusaha mencari isyarat dari bintang pertama di Alam Semesta. Bintang-bintang pertama itu terbentuk selepas Zaman Gelap Universe. Untuk mencari cahaya pertama mereka, para penyelidik mencari isyarat dari hidrogen neutral, gas yang menguasai Alam Semesta selepas Zaman Gelap.
Butuh beberapa saat untuk bintang pertama terbentuk. Selepas Big Bang, alam semesta sangat panas; terlalu panas untuk atom terbentuk. Tanpa atom, tidak mungkin ada bintang. Tidak sampai 377.000 tahun selepas Big Bang, Alam Semesta telah berkembang dan cukup sejuk sehingga atom dapat terbentuk, kebanyakannya hidrogen neutral dengan sedikit helium. (Dan jejak litium.) Selepas itu, bintang-bintang terawal mula terbentuk, semasa Zaman Reionisasi.
Untuk mencari isyarat sukar difahami dari hidrogen neutral itu, MWA dikonfigurasikan semula. MWA berada di Australia Barat yang terpencil, dan ia memiliki 2048 antena radio yang disusun menjadi 128 "jubin" ketika ia mula beroperasi pada tahun 2013. Untuk mencari isyarat hidrogen neutral yang sukar difahami, jumlah jubin dua kali ganda menjadi 256, dan keseluruhan susunan itu disusun semula. Semua data dari penerima ini dimasukkan ke komputer super yang disebut Correlator.
Makalah baru yang akan diterbitkan dalam Jurnal Astrofizik membentangkan hasil analisis pertama data dari susunan yang baru dikonfigurasi. Makalah ini bertajuk "Hasil Spektrum Tenaga EOR Musim Pertama MWA Tahap II di Redshift 7." Penyelidik utama adalah Wenyang Li, seorang pelajar PhD di Brown University.
Penyelidikan ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan isyarat dari hidrogen neutral. Analisis menetapkan had terendah untuk isyarat itu, hasil utama dalam pencarian isyarat samar itu sendiri.
"Kami dapat mengatakan dengan yakin bahawa jika isyarat hidrogen neutral lebih kuat daripada had yang kami tetapkan dalam makalah, maka teleskop akan mengesannya," kata Jonathan Pober, penolong profesor fizik di Brown University dan penulis yang sesuai di kertas baru. "Penemuan ini dapat membantu kita untuk lebih mengekang waktu kapan zaman kegelapan kosmik berakhir dan bintang-bintang pertama muncul."
Walaupun kelihatan seperti garis masa peristiwa terperinci di Alam Semesta awal, terdapat jurang yang signifikan dalam pemahaman kita. Kita tahu bahawa setelah Zaman Gelap, Zaman Reionisasi bermula. Ketika itulah pembentukan atom menyebabkan munculnya struktur pertama di Alam Semesta, seperti bintang, galaksi kerdil, dan quasar. Ketika objek-objek itu terbentuk, cahaya mereka menyebar ke Alam Semesta, mengionkan semula hidrogen neutral. Selepas itu, hidrogen neutral hilang dari ruang antara bintang.
Para saintis ingin mengetahui bagaimana hidrogen neutral berubah ketika Zaman Gelap memberi laluan kepada Epoch of Reionization, dan Epoch of Reionization terungkap. Bintang-bintang pertama yang terbentuk di Alam Semesta adalah blok bangunan yang kita lihat hari ini, dan untuk memahaminya, para saintis perlu mencari isyarat dari hidrogen neutral awal itu.
Tetapi itu tidak mudah. Isyaratnya samar, dan memerlukan pengesan yang sangat sensitif untuk mencarinya. Walaupun hidrogen neutral pada mulanya memancarkan sinarannya pada panjang gelombang 21 cm, isyaratnya telah diregangkan kerana pengembangan Alam Semesta. Kini kira-kira 2 meter. Isyarat 2 meter itu kini mudah hilang di antara sebilangan besar isyarat lain seperti itu, baik yang disebabkan oleh semula jadi dan manusia. Itulah sebabnya MWA berada di kawasan terpencil Australia, untuk mengasingkannya dari kebisingan radio sebanyak mungkin.
"Semua sumber lain ini mempunyai banyak pesanan yang lebih besar daripada isyarat yang ingin kita kesan," kata Pober. "Bahkan isyarat radio FM yang tercermin dari pesawat yang kebetulan melewati teleskop sudah cukup untuk mencemari data."
Di sinilah daya pemprosesan komputer super Correlator masuk. Ia mempunyai kekuatan untuk membuang isyarat yang mencemari, dan juga untuk menjelaskan sifat MWA itu sendiri.
"Jika kita melihat frekuensi radio atau panjang gelombang yang berbeza, teleskop berperilaku sedikit berbeza," kata Pober. "Memperbetulkan tindak balas teleskop sangat penting untuk melakukan pemisahan bahan pencemar astrofizik dan isyarat minat."
Penyusunan semula array, teknik analisis data, kekuatan superkomputer, dan kerja keras penyelidik menghasilkan hasil. Makalah ini menunjukkan had atas baru untuk isyarat dari hidrogen neutral. Ini adalah kali kedua para saintis yang bekerja dengan MWA melepaskan had baru yang lebih baik. Dengan kemajuan yang berterusan, para saintis berharap dapat menemui isyarat yang sukar difahami.
"Analisis ini menunjukkan bahawa peningkatan tahap dua memiliki banyak kesan yang diinginkan dan bahawa teknik analisis baru akan meningkatkan analisis masa depan," kata Pober. "Fakta bahawa MWA kini telah menerbitkan dua had terbaik untuk memberi isyarat momentum kepada idea bahawa eksperimen ini dan pendekatannya mempunyai banyak janji."
Lagi:
- Siaran Akhbar: Para saintis semakin dekat untuk memberi isyarat dari fajar kosmik
- Kertas Penyelidikan: Hasil Spektrum Tenaga EOR MWA Fasa II Musim Pertama di Redshift 7
- MIT Haystack Observatory: Epoch of Reionization
- Space Magazine: Galaxy Awal Menentukan Era Reionisasi
