Keď astronómovia v minulosti mapovali vesmír, museli sa spoliehať na svetlo galaxií. To fungovalo, no malo jednu zásadnú nevýhodu: galaxie vidíme len tam, kde je hmota dostatočne hustá a horúca na to, aby sa v nej rodili hviezdy. Veľké prázdne priestory medzi nimi zostávali mimo hľadáčika. Teraz sa zdá, že sa tento prístup dá obísť. Kanadský rádiový teleskop CHIME po prvý raz dokázal, že dokáže zachytiť extrémne slabé rádiové žiarenie vodíka zo vzdialeného vesmíru výhradne z vlastných pozorovaní. Výsledok, ktorý publikoval časopis The Astrophysical Journal, by mohol priniesť rýchlejšiu a lacnejšiu cestu k skúmaniu temnej energie – javu, o ktorom sa predpokladá, že zrýchľuje rozpínanie vesmíru, no jeho podstata zostáva nevyriešená.
A 9-billion-year-old signal could help explain dark energy.
CHIME je rádiový teleskop pri kanadskom Pentictone v Britskej Kolumbii, ktorý prevádzkuje National Research Council of Canada. Prístroj každý deň sníma celú severnú oblohu. Projekt spája výskumníkov z viacerých kanadských univerzít – University of British Columbia, McGill University, University of Toronto – a Dominion Radio Astrophysical Observatory. Podieľajú sa na ňom aj ďalšie severoamerické inštitúcie vrátane Arizona State University.
Práve meranie rozloženia vodíka patrí k hlavným cieľom teleskopu. Vodík je najbežnejší prvok vo vesmíre a surovina, z ktorej vznikajú hviezdy. Jeho slabé rádiové žiarenie funguje ako kozmický indikátor, ktorý prezrádza, ako je hmota rozmiestnená v priestore. „Naše údaje naznačujú, že približne dve percentá vodíka vo vesmíre boli v tom čase v neutrálnej atómovej forme, čo je v súlade s inými meraniami,“ povedal spoluautor Dr. Shabbir Shaikh, postdoktorand na Arizona State University. Meraním toho, ako je vodík rozložený a zhluknutý, získava CHIME nový spôsob, ako testovať naše chápanie vzniku a vývoja galaxií.
Doposiaľ museli výskumníci CHIME porovnávať svoje rádiové pozorovania s galaktickými prehliadkami iných teleskopov. Tie síce odpovedajú na podobné kozmologické otázky, no stoja milióny dolárov navyše a väčšinou skúmajú len oblasti dostatočne horúce a husté na vznik hviezd. CHIME namiesto toho meria kombinované rádiové žiarenie samotného vodíka. To umožňuje skúmať oveľa väčšie časti vesmíru, nazrieť hlbšie do minulosti a hľadať odpovede za zlomok nákladov, bez závislosti na údajoch z iných prehliadok.
Signál sa však nerodil ľahko. Vedci museli vyvinúť nové metódy spracovania a analýzy údajov, aby extrémne slabý vodíkový signál vytiahli z oveľa silnejšieho rušenia. Na pozadí bolo rádiové žiarenie samotného vesmíru, signály z ľudskej techniky a dokonca aj efekty vytvárané teleskopom. Po identifikovaní možného vodíkového podpisu strávil tím viac ako rok overovaním, či je výsledok skutočný. Analýza napokon ukázala, že signál pochádza z vodíka vo vzdialenom vesmíre, keď mal vesmír približne päť miliárd rokov. Výsledok vychádza z 94 nocí pozorovaní nazbieraných v roku 2019. „Veľmi sme sa snažili presvedčiť sami seba, že nejde o falošný poplach,“ povedal Dr. Arnab Chakraborty, postdoktorand na University of Toronto, ktorý výsledok prvýkrát navrhol. „Po všetkých testoch signál pretrval. To nám dalo dôveru, že vidíme skutočný vodík zo vzdialeného vesmíru.“
Nový výsledok čerpá len z malej časti informácií, ktoré CHIME nazbieral od začiatku prevádzky. Výskumníci už majú k dispozícii takmer sedem rokov pozorovaní. Pracujú na rozšírení techniky hlbšie do kozmickej histórie, s cieľom študovať éru, keď mal vesmír len tri miliardy rokov. „Dlho astrophysici verili, že táto metóda mapovania vodíka s týmto typom teleskopu má veľký potenciál. Tým, že sme prakticky ukázali, že technika funguje, sme otvorili celkom nové okno do vesmíru. Môžeme ním testovať súčasné teórie a dozvedieť sa nové veci o galaxiách a ďalších vlastnostiach vesmíru,“ povedal spoluautor Dr. Simon Foreman, odborný asistent na Arizona State University.
Ako sa vodík stal kozmickým indikátorom
Neutrálny vodík je najrozšírenejší prvok vo vesmíre a zároveň základná surovina pre vznik hviezd.
A 9-billion-year-old signal could help explain dark energy.
Keď atómy vodíka prechádzajú medzi energetickými hladinami, vysielajú alebo pohlcujú rádiové vlny s charakteristickou vlnovou dĺžkou približne 21 centimetrov. Tento signál vzniká všade, kde sa neutrálny vodík nachádza, a preto ho možno použiť na mapovanie rozloženia hmoty v priestore. Keďže vesmír sa rozpína, vlnová dĺžka tohto žiarenia sa na ceste k nám naťahuje. Z toho, ako veľmi je signál posunutý do červena, vieme odhadnúť, z akej vzdialenosti a teda z akého obdobia vesmírnej histórie pochádza. CHIME tak získava trojrozmerný obraz rozloženia vodíka v priestore a čase.
Temná energia a prečo na nej záleží
Temná energia je pojem pre zatiaľ neznámu zložku vesmíru, ktorá podľa súčasných pozorovaní spôsobuje, že sa vesmír rozpína čoraz rýchlejšie.
A 9-billion-year-old signal could help explain dark energy.
Jej podstata patrí k najväčším nevyriešeným problémom modernej fyziky. Vedci navrhli viacero konkurenčných vysvetlení, no chýbajú im dáta, ktoré by ich dokázali rozlíšiť. Práve mapovanie rozloženia hmoty v priebehu kozmickej histórie je jedným zo spôsobov, ako tieto teórie testovať. Keď vieme, ako sa hmota zhlukovala v rôznych obdobiach, vieme spätne odvodiť, ako sa vesmír rozpínal, a porovnať to s tým, čo predpovedajú jednotlivé modely temnej energie. CHIME teraz dokáže takéto merania robiť z vlastných údajov, čo výskumníkom umožňuje testovať hypotézy nezávisle a zhromažďovať dôkazy, ktoré môžu existujúce teórie podporiť alebo spochybniť.
Ako CHIME oddeľuje signál od šumu
Zachytiť slabé rádiové žiarenie vzdialeného vodíka je technicky náročné, pretože ho prekrýva oveľa silnejšie rušenie.
A 9-billion-year-old signal could help explain dark energy.
Na pozadí je rádiové žiarenie samotného vesmíru, signály z mobilných sietí, televízneho a rozhlasového vysielania, ale aj elektromagnetické efekty vznikajúce priamo v teleskope. Vedci preto vyvinuli nové metódy spracovania a analýzy údajov, ktoré dokážu tieto vrstvy rušenia potlačiť a extrahovať jemný vodíkový podpis. Po prvotnej identifikácii možného signálu tím strávil viac ako rok overovaním, či nejde o náhodný artefakt. Testy napokon potvrdili, že signál pochádza z vodíka vo vzdialenom vesmíre, keď mal vesmír približne päť miliárd rokov. Výsledok vychádza z 94 nocí pozorovaní z roku 2019.
Tento údaj je v súlade s inými meraniami a poskytuje nezávislé potvrdenie predstáv o tom, ako vyzeral vesmír pred miliardami rokov. Meranie rozloženia a zhlukovania vodíka však ponúka viac než len nový spôsob skúmania rozpínania vesmíru. Môže pomôcť testovať modely vzniku galaxií a lepšie pochopiť, ako sa hmota organizovala naprieč vesmírom. Inými slovami, CHIME neprináša len ďalší pohľad na temnú energiu, ale aj nástroj na štúdium vývoja kozmických štruktúr.
Obmedzenia a čo ešte len príde
Nový výsledok je presvedčivý, no stále ide o prvé meranie tohto druhu. Signál bol extrahovaný z rušivého pozadia pomocou nových analytických metód, ktoré bude musieť nezávisle overiť aj širšia vedecká komunita. Zistenie vychádza z obmedzeného súboru údajov – 94 nocí z roku 2019 – a vzťahuje sa na obdobie, keď mal vesmír približne päť miliárd rokov. Vedci teraz pracujú na tom, aby techniku rozšírili hlbšie do minulosti, až do éry, keď mal vesmír len tri miliardy rokov. Na to už majú k dispozícii takmer sedem rokov pozorovaní, ktoré postupne spracúvajú. Ak sa metóda osvedčí aj na týchto vzdialenejších dátach, mohla by sa stať štandardným nástrojom kozmológie. Zostáva však otázkou, nakoľko presné bude mapovanie temnej energie z vodíkového signálu v porovnaní s tradičnými metódami a či sa podarí dosiahnuť rovnakú úroveň spoľahlivosti.
Význam tohto výsledku presahuje jeden teleskop alebo jednu štúdiu. Ide o dôkaz, že mapovanie vesmíru prostredníctvom vodíka funguje v praxi. Ak sa technika podarí rozšíriť na celú históriu vesmíru, mohla by sa stať jedným z hlavných nástrojov na riešenie najväčšej záhady modernej kozmológie – temnej energie. A hoci odpovede neprídu okamžite, samotné zvládnutie metódy je krokom, ktorý môže zmeniť to, ako sa na vesmír pozeráme.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívne
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
