Jest jedna epoka w historii rozwoju Wszechświata, o której naukowcy wciąż wiedzą bardzo niewiele. Jak to nie jest
W tej epoce nie było gwiazd ani planet.Historię wczesnego Wszechświata, poprzedzającą Wieki Ciemne, można wywnioskować z kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła. Jednak nadal nie ma sposobu, który umożliwiłby astrofizykom obserwację tego, co wydarzyło się w epoce ciemności. Chociaż fale radiowe z tego okresu nadal istnieją w kosmosie, obfitość zakłóceń radiowych na Ziemi przesłaniała te sygnały obserwatorom na naszej planecie.
Ale badacze nie poddają się w próbach znalezienia sposobu na usłyszenie sygnałów średniowiecza. W tym celu NASA planuje zbudować radioteleskop LuSEE-Night po drugiej stronie Księżyca.
Czym są ciemne wieki wszechświata?
Opisuje współczesna teoria kosmologicznawczesny Wszechświat jako miejsce o niezwykle ekstremalnych warunkach. Cała energia i materia istniejąca we Wszechświecie została skoncentrowana w maleńkiej przestrzeni, miliard razy gorętszej niż centrum Słońca.
Już w pierwszych chwilach po Wielkim WybuchuWszechświat ostygł na tyle, że umożliwił powstanie pierwszych cząstek elementarnych, takich jak kwarki i elektrony. Kwarki połączyły się, tworząc protony i neutrony, a wkrótce potem powstały jądra deuteru, helu i litu. Energia podróżowała przez rodzący się wszechświat w postaci fotonów, ale to wczesne światło odbijało się rykoszetem od wolnych elektronów, które nie były jeszcze związane z żadnym atomem, na każdym kroku.
Do końca tej ery około 380 tysięcy latlata po Wielkim Wybuchu Wszechświat ostygł na tyle, że protony mogły zacząć przyciągać elektrony i po raz pierwszy tworzyć neutralne atomy. Ten proces nazywa się rekombinacją, która jest ogólnym terminem chemicznym opisującym wychwytywanie wolnych elektronów przez naładowane jony. Na początku średniowiecza takie schwytanie miało miejsce po raz pierwszy.
Astrofizycy wiedzą, jak wyglądał wszechświat nie tak dawno temuprzed początkiem ciemnych wieków. Kiedy powstały pierwsze neutralne atomy, proces uwolnił fotony światła, które rozproszyły się po całym wszechświecie, tworząc „migawkę” warunków. To kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła lub kosmiczne promieniowanie tła jest nadal rejestrowane i pokazuje, że w tamtym czasie Wszechświat był mniej więcej jednorodny pod względem gęstości, z bardzo małymi zmarszczkami.
Przed uformowaniem się pierwszych gwiazd było niewiele światła,Oprócz atomów wodoru, które stanowiły wówczas większość materii barionowej, większość Wszechświata składała się z ciemnej materii, która nie emituje światła i w ogóle nie oddziałuje z falami elektromagnetycznymi. Naukowcy uważają, że obojętne atomy wodoru wypełniające Wszechświat rozproszyły lub pochłonęły większość fotonów ultrafioletowych wyemitowanych przez pierwsze gwiazdy.
Wszechświat znów stał się przezroczysty dla promieniowania UVpo uformowaniu się wystarczającej liczby pierwszych gwiazd i galaktyk – kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Materia skondensowała się i zaczęła tworzyć struktury, które przenikają dzisiejszy Wszechświat. Niektóre z pierwszych gwiazd były masywne i jasne, a ich światło było wystarczająco energiczne, aby wybijać elektrony z otaczających je atomów wodoru w procesie znanym jako jonizacja. W przeciwieństwie do neutralnych atomów, zjonizowany wodór nie pochłania ani nie rozprasza światła.
Mapa ewolucji wszechświata. Zdjęcie: Roen Kelly, Astronomia
Dlaczego niewidoczna strona księżyca?
Aby zbadać rozkład obojętnego wodoru,który stanowił większość materii barionowej w średniowieczu, można posłużyć się analizą linii radiowej neutralnego wodoru lub linii 21 cm.Jest to nadsubtelne przejście neutralnego wodoru, widoczne na tle KMPT.
Ze spontaniczną zmianą orientacji pola magnetycznegomomentu elektronu do przeciwnego, obojętny atom wodoru emituje kwant promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 21,1 cm. Promieniowanie takie występuje niezwykle rzadko, ale w skali ogromnej liczby pojedynczych atomów jest na tyle silne, że staje się zauważalne.
Ze względu na przesunięcie ku czerwieni spowodowane przezWraz z rozszerzaniem się wszechświata, długość fali neutralnej linii wodorowej z atomów Ciemnych Wieków dalej wzrasta. Jest to bardzo słaby sygnał, który gubi się w wielu zakłóceniach radiowych.
Księżyc i ziemia są połączone pływami, co oznaczaże naturalny satelita obraca się wokół własnej osi z taką samą prędkością, jak wokół planety. Zjawisko to nazywane jest pułapką pływową i dlatego Księżyc zawsze jest skierowany w stronę Ziemi z jednej strony. Odwrotna strona satelity jest chroniona przed wieloma źródłami zakłóceń radiowych w nocy dzięki swojej własnej masie.
Druga strona księżyca pogrążona jest w całkowitej ciemnościpodczas 14 dni ziemskich, po których następuje 14 dni intensywnego nasłonecznienia. Powoduje to, że temperatura na jego powierzchni waha się od -173°C w nocy do +127°C, a gwałtowna zmiana może nastąpić w ciągu kilku godzin.
Te warunki stwarzają bardzo trudne warunki dladziałanie statku kosmicznego. Urządzenia, które mogą przetrwać kilka cykli dnia i nocy, muszą w ciągu dnia odprowadzać ciepło w próżni i nie zamarzać w nocy, a jednocześnie pracować w ciemności, kiedy Słońce nie tworzy niepotrzebnych zakłóceń.
Jak będzie działać LuSEE-Night?
LuSEE-Night to misja eksploracyjna NASAktórego celem jest wylądowanie radioteleskopu po niewidocznej stronie Księżyca i dokonanie jak najdokładniejszych pomiarów nieba na częstotliwościach poniżej 0,1 do 50 MHz. Oczekuje się, że zostanie dostarczony na Księżyc w 2025 roku i będzie działać przez 18 miesięcy po wylądowaniu.
Lądowisko misji LuSEE-Night. Zdjęcie: Narodowe Laboratorium Brookhaven
Teleskop zostanie dostarczony do punktu o współrzędnych 23°48&8242; 50' S i 176° 49' 47&8243; wyd. Jest to dogodne miejsce do lądowania, położone blisko antypołudnika – linii łączącej bieguny satelity i skierowanej w stronę przeciwną do Ziemi, gdzie zakłócenia radiowe z planety są minimalne. Po wylądowaniu lądownik LuSEE-Night wyłączy się na stałe, aby uniknąć powodowania zakłóceń.
Zespół anteny teleskopu będzie się składał z czterech3-metrowe anteny niezbalansowane. Zostanie on zamontowany na zmotoryzowanej platformie zwanej gramofonem. Przesuwanie anteny pomoże zmierzyć różne kombinacje sygnałów. Zebrane dane LuSEE-Night zostaną przesłane do satelity przekaźnikowego, który krąży wokół Księżyca i przesyła dane na Ziemię.
LuSEE-Night nie jest standardowym radioteleskopem.To raczej radio. Będzie działać jak radio FM, odbierając sygnały radiowe w tym samym paśmie częstotliwości. Spektrometr jest w centrum tego wszystkiego. Podobnie jak tuner radiowy, może izolować częstotliwości radiowe i przekształcać sygnały w widma promieniowania elektromagnetycznego.
Anje Slosar, fizyk z Brookhaven National Laboratory, jedna z twórców teleskopu LuSEE-Night
Cztery anteny teleskopu LuSEE-Night. Zdjęcie: Narodowe Laboratorium w Brookhaven
Chociaż naukowcy nie są pewni, czy teleskop będzie w stanie to zrobićzaraz po rozpoczęciu pracy naprawić sygnał radiowy z czasów ciemnych. Zauważają, że jest pionierem, co powinno pokazać, jakiego rodzaju badacze danych mogą w zasadzie dostać się po drugiej stronie księżyca. Być może prawdziwe odkrycia będą wymagały nowych misji, ale pierwszy krok jest zawsze jednym z najtrudniejszych.
Czytaj więcej:
Jedna planeta może położyć kres życiu na Ziemi: jak naukowcy udowodnili kruchość Układu Słonecznego
Odkryto skarb, który był ukryty podczas wojny prawie 1000 lat temu
Pożar Notre Dame pomaga naukowcom rozwikłać tajemnicę budowy katedry
Na okładce: druga strona księżyca. Zdjęcie: NASA, domena publiczna, za pośrednictwem Wikimedia Commons