Орчлон ертөнцийн эхэн үеийн судалгаа: Сансрын устөрөгчөөс 21 см урт шугамыг илрүүлэх REACH туршилт 

26 см-ийн ажиглалт радио Сансрын устөрөгчийн хэт нарийн шилжилтийн улмаас үүссэн дохионууд нь эрт дээр үеийн судалгаанд өөр хэрэгсэл санал болгож байна. Орчлон ертөнц. Нярайн төвийг сахисан эрин үеийн тухайд Орчлон ертөнц гэрэл цацраагүй үед 26 см-ийн шугам нь зөвхөн цонх байж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч эдгээр нь улаан өнгөтэй болсон радио эрт сансрын устөрөгчөөс ялгарах дохио Орчлон ертөнц маш сул дорой бөгөөд өнөөг хүртэл олдохгүй байна. 2018 онд EDGE туршилтаар 26 см-ийн дохио илэрсэн гэж мэдээлсэн боловч олдворыг бие даан батлах боломжгүй байв. Гол асуудал нь багаж хэрэгслийн системчилсэн байдал, тэнгэрээс бусад дохиогоор бохирдох явдал байв. REACH туршилт нь саад бэрхшээлийг даван туулах өвөрмөц аргачлалыг ашиглах явдал юм. Энэхүү судалгааны баг ойрын ирээдүйд эдгээр баригдашгүй дохиог найдвартай илрүүлнэ гэж найдаж байна. Хэрэв амжилттай болбол REACH туршилт '26 см-ийн радио одон орон судлал'-ыг эхэн үеийн судалгаанд тэргүүлэх байр суурь эзэлнэ. Орчлон ертөнц мөн эрт үеийн нууцыг тайлахад бидэнд их тусалдаг Орчлон ертөнц. 

Судалгааны тухайд гэвэл эрт орчлон ертөнц, саяхан эхлүүлсэн нэр Жеймс Уэбб сансрын дуран (JWST) бидний оюун санаанд гарч ирдэг. JWST, асар их амжилттай залгамжлагч Хаббл дуран нь a орон зай-д суурилсан, эртний одод болон галактикуудаас ирсэн оптик/хэт улаан туяаны дохиог авахаар тоноглогдсон хэт улаан туяаны ажиглалтын төв. Орчлон ертөнц Их тэсрэлтийн дараахан¹. Гэсэн хэдий ч, JWST -ийн төвийг сахисан эрин үеийн дохиог хүлээн авах талаар тодорхой хязгаарлалттай байдаг эрт орчлон ертөнц хамаарна.  

Хүснэгт: Түүхийн эрин үе Орчлон ертөнц Big Bang-аас хойш  

(Эх сурвалж: Космологийн философи – 21 см дэвсгэр. Эндээс авах боломжтой http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Их тэсрэлтийн дараа 380 мянган жилийн дараа Орчлон ертөнц ионжуулсан хийгээр дүүрсэн бөгөөд бүрэн тунгалаг бус байв. 380-400 сая жилийн хооронд, Орчлон ертөнц төвийг сахисан, ил тод болсон. Дахин иончлолын эрин үе энэ үе шатаас хойш эхэлсэн бөгөөд их тэсрэлтийн дараа 400 саяар эхэлсэн.  

Эрт үеийн төвийг сахисан эрин үед Орчлон ертөнц, үед Орчлон ертөнц төвийг сахисан хийгээр дүүрсэн, тунгалаг байсан, ямар ч оптик дохио ялгардаггүй (тиймээс харанхуй үе гэж нэрлэдэг). Нэгдсэн материал нь гэрэл цацруулдаггүй. Энэ нь эрт үеийг судлахад бэрхшээлтэй байдаг Орчлон ертөнц төвийг сахисан эрин үеийн. Гэсэн хэдий ч хэт нарийн шилжилтийн (зэрэгцээ эргэлтээс илүү тогтвортой эсрэг параллель эргэх) үр дүнд энэ эрин үед хүйтэн, төвийг сахисан сансрын устөрөгчөөс ялгарч буй 21 см долгионы урттай (1420 МГц-тэй тохирч) богино долгионы цацраг нь судлаачдад боломжуудыг олгодог. Энэхүү 21 см-ийн богино долгионы цацраг нь дэлхийд хүрэхэд улаанаар шилжиж, 200 МГц-ээс 10 МГц давтамжид радио долгион хэлбэрээр ажиглагдах болно.^2,3.  

21 см радио одон орон судлал: 21 сантиметрийн сансрын устөрөгчийн дохиог ажиглах нь эрт дээр үеийн судалгаанд өөр аргыг санал болгож байна. Орчлон ертөнц ялангуяа ямар ч гэрлийн ялгаралгүй саармаг эриний үе шат. Энэ нь мөн материйн цаг хугацааны хуваарилалт, хар энерги, харанхуй бодис, нейтрино масс, инфляци зэрэг шинэ физикийн талаар бидэнд мэдээлэл өгч чадна.².  

Гэсэн хэдий ч эрт үед сансрын устөрөгчөөс ялгардаг 21 см-ийн дохио Орчлон ертөнц үе шат нь боломжгүй юм. Энэ нь туйлын сул байх төлөвтэй байна (тэнгэрээс цацагдаж буй бусад радио дохионоос зуун мянга дахин сул). Үүний үр дүнд энэ арга нь эхэн үедээ байна.  

2018 онд судлаачид 78 МГц давтамжтай ийм радио дохиог илрүүлсэн тухай мэдээлсэн бөгөөд түүний профиль нь анхдагч сансрын устөрөгчөөс ялгарах 21 см-ийн дохионы хүлээлттэй ихээхэн нийцэж байв.⁴. Гэвч анхдагч 21 см-ийн радио дохионы энэхүү илрүүлэлтийг бие даан батлах боломжгүй байсан тул туршилтын найдвартай байдлыг одоогоор тогтоож чадаагүй байна. Гол асуудал нь урд талын радио дохионы бохирдол байх шиг байна.  

Хамгийн сүүлийн үеийн чухал үе бол 21 оны 2022-р сарын 21-нд болсон Сансрын устөрөгчийн шинжилгээнд зориулсан радио туршилтын (REACH) тайлан юм. REACH нь эдгээр сул дорой сансрын радио дохиог илрүүлэхийн тулд шинэ туршилтын аргыг ашиглах бөгөөд ингэснээр XNUMX сантиметр сансрын дохиог баталгаажуулах шинэ найдварыг бий болгоно.  

Сансрын устөрөгчийн шинжилгээнд зориулсан радио туршилт (REACH) нь тэнгэрт дунджаар 21 см өндөртэй туршилт юм. Энэ нь өгөгдлийн үлдэгдэл системчилсэн дохиотой холбоотой хэрэглүүрт тулгарч буй асуудлуудыг зохицуулах замаар ажиглалтыг сайжруулах зорилготой юм. Энэ нь Байесийн статистикийг ашиглан сансар огторгуйн дохио, системчилсэн байдлыг илрүүлэх, хамтран тайлбарлахад чиглэдэг. The туршилт Энэ нь хоёр өөр антен, хэт өргөн зурвасын систем (улаан шилжилтийн хүрээ 7.5-аас 28 орчим) болон хээрийн хэмжилт дээр суурилсан хүлээн авагчийн калибратор бүхий нэгэн зэрэг ажиглалтыг багтаадаг.  

Энэхүү бүтээн байгуулалт нь хамгийн сайн хэрэгслүүдийн нэг байх (мөн өртөг зардал багатай) байх боломжийг харгалзан үзэхэд чухал ач холбогдолтой юм орон зай-д суурилсан ажиглалтын газрууд гэх мэт Жеймс Уэбб) эрт судлах Орчлон ертөнц түүнчлэн шинэ суурь физикийг эхлүүлэх боломж.  

*** 

Ашигласан материал:  

1. Прасад У., 2021. Жеймс Уэбб сансрын дуран (JWST): Орчлон ертөнцийн эхэн үеийг судлахад зориулагдсан анхны сансрын ажиглалтын төв. Шинжлэх ухааны Европ. 6 оны 2021-р сарын XNUMX-нд нийтэлсэн 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 болон Loeb A., 2012. 21-р зуунд 21 см-ийн сансар судлал. Физикийн ахиц дэвшлийн тайлан 75 086901. авах боломжтой https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv дээр урьдчилан хэвлэх боломжтой https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf хувилбар  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. Оксфордын их сургууль. Сансар судлалын философи – 21 см дэвсгэр. хаягаар авах боломжтой http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Тэнгэрийн дундаж спектрт 78 мегагерц төвлөрсөн шингээлтийн профиль. Байгаль 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. Redshift z ≈ 21–7.5-аас 28 см-ийн устөрөгчийн дохиог илрүүлэх REACH радиометр. Нат Астрон (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Элой де Лера Аседо 2022. REACH радиометрээр нялхсын ертөнцийн нууцыг тайлж байна. Онлайнаар авах боломжтой  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

***