Unibertso goiztiarrari buruzko azterketa: REACH esperimentua Hidrogeno kosmikotik 21 cm-ko lerro iheskorra detektatzeko 

26 cm-ko irrati- seinaleen behaketak , hidrogeno kosmikoaren trantsizio hiperfinek sortutakoak, tresna alternatibo bat eskaintzen du unibertso goiztiarra aztertzeko. Unibertso jaioberriaren aro neutroari dagokionez , argirik igorri ez zenean, 26 cm-ko lerroak leihoak baino ez dira agian. Hala ere, unibertso goiztiarrean hidrogeno kosmikoak igorritako irrati- seinale gorrirantz mugitu hauek oso ahulak dira eta orain arte zailak izan dira. 2018an, EDGE esperimentuak 26 cm-ko seinaleak detektatu zituela jakinarazi zuen, baina emaitzak ezin izan ziren modu independentean baieztatu. Arazo nagusia tresnen sistematika eta zeruko beste seinaleekin kutsadura izan zen. REACH esperimentuak metodologia berezia erabiliko du oztopo-lepoa gainditzeko. Espero da ikerketa-talde honek seinale zailak detektatu ahal izatea etorkizun hurbilean. Arrakasta izanez gero, REACH esperimentuak '26 cm-ko irrati-astronomia' unibertso goiztiarraren azterketan lehen lerrora ekar dezake eta asko lagun diezaguke unibertso goiztiarraren misterioak argitzen.

Unibertsoaren hasierako azterketari dagokionez , duela gutxi jaurtitako James Webb espazio-teleskopioaren (JWST) izena datorkigu burura. JWST , Hubble teleskopio arrakastatsuaren ondorengoa , espazioan oinarritutako infragorri behatoki bat da , Big Bangaren ondoren Unibertsoan sortutako hasierako izar eta galaxien seinale optikoak/infragorriak harrapatzeko hornitua ^1. Hala ere, JWSTk muga batzuk ditu unibertsoaren hasierako aro neutroko seinaleak jasotzeko orduan.

Taula: Unibertsoaren historiako aroak Big Bangetik hona

(Iturria: Kosmologiaren Filosofia – 21 cm-ko atzeko planoa. Eskuragarri hemen: http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg )

Big Bangaren ondorengo 380 urtera arte, unibertsoa gas ionizatuz beteta zegoen eta guztiz opakoa zen. 380 eta 400 milioi urte artean, unibertsoa neutrala eta gardena bihurtu zen. Birionizazio aroa fase honen ondoren hasi zen, Big Bangaren ondorengo 400 milioi urtera hasita.

Unibertso hasierako aro neutroan , unibertsoa gas neutroz beteta zegoenean eta gardena zenean, ez zen seinale optikorik igortzen (horregatik Aro Iluna deritzo). Material ez-ionizatuak ez du argirik igortzen. Honek erronka bat dakar aro neutroko unibertso goiztiarra aztertzeko . Hala ere, aro honetan hidrogeno kosmiko hotz eta neutroak trantsizio hiperfinaren (spin paralelotik spin antiparalelo egonkorrago batera) ondorioz igortzen duen 21 cm-ko uhin-luzera duen mikrouhin-erradiazioak (1420 MHz-ri dagokiona) aukerak eskaintzen dizkie ikertzaileei. 21 cm-ko mikrouhin-erradiazio hau gorrirantz lerratuko litzateke Lurrera iristean eta 200MHz eta 10 MHz arteko maiztasunetan irrati-uhin gisa ikusiko da ^2,3.

21 cm-ko irrati-astronomia: 21 zentimetroko hidrogeno-seinale kosmikoen behaketak unibertso goiztiarra aztertzeko beste ikuspegi bat eskaintzen du, batez ere argi-igorpenik gabeko aro neutroaren fasea. Horrek fisika berriei buruzko informazioa ere eman diezaguke, hala nola materiaren banaketa denboran zehar, energia iluna, materia iluna, neutrinoen masak eta inflazioa ².

Hala ere, hidrogeno kosmikoak unibertsoaren hasierako fasean igortzen dituen 21 cm-ko seinaleak zailak dira. Oso ahulak izatea espero da (zerutik datozen beste irrati-seinale batzuk baino ehun mila aldiz ahulagoak gutxi gorabehera). Ondorioz, ikuspegi hau oraindik hastapenetan dago.

2018an, ikertzaileek 78 MHz-ko maiztasunean halako irrati-seinale bat detektatu zutela jakinarazi zuten, eta bere profila bat zetorren neurri handi batean hidrogeno kosmiko primordialak ⁴ igorritako 21 zentimetroko seinalearen itxaropenekin . Baina 21 cm-ko irrati-seinale primordialaren detekzio hau ezin izan da modu independentean baieztatu, beraz, esperimentuaren fidagarritasuna ezin izan da orain arte ezarri. Arazo nagusia aurreko planoko irrati-seinaleen kutsadura dela dirudi.

Azken mugarria 21ko uztailaren 2022eko Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) txostena da. REACHek ikuspegi esperimental berria erabiliko du irrati-seinale kosmiko iheskor ahul horiek detektatzeko, beraz, itxaropen berri bat eskaintzen du 21 zentimetroko seinale kosmikoen baieztapenerako.  

Hidrogeno Kosmikoaren Analisirako Irrati Esperimentua (REACH) 21 cm-ko zeruko batez besteko esperimentu bat da. Honen helburua behaketak hobetzea da, datuetan dauden hondar-seinale sistematikoekin lotutako tresnek dituzten arazoak kudeatuz. Sistematika detektatu eta batera azaltzean zentratzen da, lehen planoekin eta seinale kosmologikoarekin batera, estatistika bayesiarra erabiliz. Esperimentuak bi antena ezberdinekin, banda zabaleko sistema batekin (7.5etik 28ra bitarteko redshift tartea) eta eremu barruko neurketetan oinarritutako hargailu kalibratzaile batekin aldibereko behaketak barne hartzen ditu.

Garapen hau esanguratsua da, unibertso goiztiarra aztertzeko tresnarik onenetako bat (eta kostu-eraginkorra ere bai, James Webb bezalako espazio -behatokiekin alderatuta) izateko duen potentziala kontuan hartuta , baita oinarrizko fisika berria garatzeko aukera ere.

*** 

References:  

1. Prasad U., 2021.James Webb Space Telescope (JWST): Unibertso goiztiarra aztertzeari eskainitako lehen behatokia. Europako zientifikoa. 6eko azaroaren 2021an argitaratua. Hemen eskuragarri http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/

2. Pritchard JA eta Loeb A., 2012. 21 cm kosmologia XXI. mendean. Fisikan Aurrerapenei buruzko Txostenak 21 75. Helbide honetan eskuragarri https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Aurreinprimaketa arXiv helbidean eskuragarri https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf bertsioa  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. Oxfordeko Unibertsitatea. Kosmologiaren Filosofia – 21 cm-ko hondoa. Hemen eskuragarri http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Zeruko batez besteko espektroan 78 megaherziotan zentratutako xurgapen-profila. Natura 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. 21 cm-ko hidrogeno-seinalea detektatzeko REACH erradiometroa z ≈ 7.5–28 gorrira lerratzetik. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. Haurren Unibertsoaren misterioak ezagutzera REACH erradiometroarekin. Sarean eskuragarri  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***