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

26 cm-ko behaketa radio hidrogeno kosmikoaren trantsizio hiperfinaren ondorioz sortutako seinaleek tresna alternatibo bat eskaintzen dute hasierako azterketarako unibertsoa. Haurren garai neutroari dagokionez unibertsoa argirik igortzen ez zenean, 26 cm-ko lerroak agian leiho baino ez dira. Hala ere, hauek gorrira aldatu ziren radio hidrogeno kosmikoak hasieran igorritako seinaleak unibertsoa oso ahulak dira eta orain arte iheskorrak izan dira. 2018an, EDGE esperimentuak 26 cm-ko seinaleen detekzioa jakinarazi zuen, baina aurkikuntzak ezin izan ziren modu independentean baieztatu. Gai nagusia tresna sistematikoa eta zeruko beste seinaleekin kutsatzea zen. REACH esperimentua metodologia berezia erabiltzea da botila-lepoa gainditzeko. Espero da ikerketa-talde honek etorkizun hurbilean seinale iheskor horiek modu fidagarrian detektatzeko gai izatea. Arrakasta izanez gero, REACH Experiment-ek "26 cm-ko irrati-astronomia" lehen mailara eraman dezake hasierako ikerketan. unibertsoa eta asko laguntzen digu hasierako misterioak argitzen unibertsoa. 

aztertzeko orduan hasierako unibertsoa, duela gutxi abian jarritakoaren izena James Webb Espazio Teleskopioa (JWST) agertzen zaigu buruan. JWST, arrakasta handiaren oinordekoa Hubble teleskopioa, bat da espazioaOinarritutako behatoki infragorrien seinale optiko/infragorriak harrapatzeko hornitua. Universe Big Bang-aren ondoren laster¹. Hala eta guztiz ere, JWST muga batzuk ditu aro neutroko seinaleak jasotzeko hasierako unibertsoa dagokio.  

Taula: Historiako garaiak unibertsoa Big Bangaz geroztik  

(Iturria: Kosmologiaren Filosofia – 21 cm-ko atzealdea. Helbide honetan eskuragarri http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Big bang-etik 380 k urtera arte unibertsoa gas ionizatuz beteta zegoen eta guztiz opakoa zen. 380k - 400 milioi urte artean, unibertsoa neutral eta garden bihurtu zen. Erreionizazio garaia fase honen ostean hasi zen big bang-aren ondoren 400 milioi hasita.  

Hasierako aro neutroan zehar unibertsoa, noiz unibertsoa gas neutroz beteta zegoen eta gardena zen, ez zen seinale optikorik igortzen (horregatik aro iluna deritzo). Sindikatutako materialak ez du argirik igortzen. Horrek erronka bat dakar hasierako azterketan Universe garai neutrokoa. Hala ere, garai honetan hidrogeno kosmiko hotzak eta neutroak igorritako 21 cm-ko uhin-luzerako (1420 MHz-eko) mikrouhin-erradiazioak trantsizio hiperfinaren ondorioz (spin paralelotik spin paraleloaren aurkako egonkorragora) aukerak eskaintzen dizkie ikertzaileei. 21 cm-ko mikrouhin-erradiazio hori Lurrera iristean gorrira aldatuko litzateke eta 200MHz eta 10MHz arteko maiztasunetan ikusiko da irrati-uhin gisa.^2,3.  

21 cm irrati-astronomia: 21 zentimetroko hidrogeno-seinale kosmikoen behaketak ikuspegi alternatibo bat eskaintzen du hasierako azterketarako unibertsoa batez ere, argi-igorpenik gabe zegoen garai neutroko fasearena. Honek fisika berriei buruz ere informa gaitzake, hala nola materiaren banaketa denboran zehar, energia iluna, materia iluna, neutrino masak eta inflazioa.².  

Hala ere, hasieran zehar hidrogeno kosmikoak igorritako 21 cm-ko seinaleak unibertsoa fasea iheskorra da. Oso ahula izatea espero da (zerutik datozen beste irrati-seinale batzuk baino ehun mila aldiz ahulagoa). Ondorioz, planteamendu hau txikitan dago oraindik.  

2018an, ikertzaileek irrati-seinale hori 78 MHz-ko maiztasunean detektatu zutela jakinarazi zuten, bere profila koherentea zen lehen hidrogeno kosmikoak igorritako 21 zentimetroko seinalearen itxaropenarekin.⁴. Baina 21 cm-ko lehen irrati-seinalearen detekzio hori ezin izan da modu independentean baieztatu, beraz, ezin izan da orain arte esperimentuaren fidagarritasuna ezarri. Badirudi arazo nagusia lehen planoko irrati-seinaleen kutsadura dela.  

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.  

Radio Experiment for the Analysis of Cosmic of Hydrogen (REACH) zeruko batez besteko 21 cm-ko esperimentu bat da. Horrek behaketak hobetzea du helburu, datuetan hondar seinale sistematikoekin lotutako tresnek jasaten dituzten arazoak kudeatuz. Sistematika detektatzeko eta elkarrekin azaltzeko lehen planoekin eta seinale kosmologikoa Bayesiako estatistikak erabiliz bideratzen da. The esperimentua aldibereko behaketak dakartza bi antena ezberdinekin, banda ultra-zabaleko sistema batekin (gorrira desplazatzeko tartea 7.5 eta 28 inguru) eta eremuko neurketetan oinarritutako hargailu-kalibragailu bat.  

Garapen hau esanguratsua da tresna onenetarikoa izateko duen potentziala kontuan hartuta (eta errentagarria ere bai espazioa-oinarritutako behatokiak bezalakoak james webb) hasierako ikasketak egiteko unibertsoa baita oinarrizko fisika berria sartzeko 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 https://www.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 

***