Das Licht der ersten Sterne kann verändern unsere Vorstellung über die dunkle Materie

Der Urknall war vielleicht lebendig und dramatisch, aber sofort danach verblasst das Universum, und sehr lange. Wissenschaftler glauben, dass die ersten Sterne erschienen in der trüben Brühe der Materie nach 200 Millionen Jahren nach einem heißen Beginn. Da moderne Teleskope nicht ausreichend empfindlich, um zu beobachten, die das Licht dieser Sterne direkt, Astronomen auf der Suche nach Indizien für Ihre Existenz.

Und hier ist einer Gruppe von Wissenschaftlern gelang es, fangen ein schwaches Signal dieser Sterne mit der Radioantenne in der Größe mit dem Deckel des Tisches unter dem Namen EDGES. Beeindruckende Dimensionen, die sich öffnen ein neues Fenster in das frühe Universum, zeigen, dass diese Sterne erschienen über 180 Millionen Jahre nach dem Urknall. Veröffentlicht in der Nature-Arbeit beinhaltet auch, dass die Wissenschaftler möglicherweise zu überdenken, woraus besteht die «dunkle Materie» — eine Art unsichtbare Substanz.

Modelle zeigten, dass die ersten Sterne, die Highlight-Universum, war blau und nur von kurzer Dauer. Sie luden das Universum in die Wanne UV-Licht. Der erste beobachtete Signal dieser kosmischen Morgendämmerung galt lange Zeit als «Signal für die übernahme» — dem Rückgang der Helligkeit auf einer bestimmten Wellenlänge — durch den Durchgang des Lichtes und der Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften der Wolken gasförmigen Wasserstoff, das häufigste Element im Universum.

Wir wissen, dass dieser Fall muss erkannt werden in der Funk-Teil des elektromagnetischen Spektrums bei einer Wellenlänge von 21 cm.

schwierig

Am Anfang war eine Theorie, die all dies voraussagte. Aber in der Praxis eine solches Signal ist äußerst schwierig. Alles nur, weil er verschlingt sich mit vielen anderen Signalen in diesem Bereich des Spektrums, die viel stärker — Z. B. häufige Frequenz und Funkwellen von anderen Ereignissen in unserer Galaxie. Der Grund, warum die Wissenschaftler folgten, Bestand zum Teil darin, dass das Experiment wurde mit einem empfindlichen Empfänger und einer kleinen Antenne, was können decken einen großen Bereich des Himmels relativ einfach.

Um sicherzustellen, dass jedes Absinken der Helligkeit, die Sie fanden, aufgrund der Sternenhimmel Licht des frühen Universums, die Wissenschaftler sahen Doppler-Verschiebung. Sie diesen Effekt vertraut, und die nach Abnahme der Tonhöhe, wenn Sie vorbei fährt gerade ein Auto mit Blaulicht und Sirene. In ähnlicher Weise, da die Galaxien entfernen sich von uns wegen der Expansion des Universums, das Licht verschiebt sich in Richtung Roter Wellenlängen. Astronomen nennen diesen Effekt «rot Verschiebung».

Die Rotverschiebung sagt der Wissenschaftler, wie weit Gaswolke befindet sich von der Erde und wie lange nach kosmischen Maßstäben war das Licht wird ausgestrahlt von ihm. In diesem Fall wird jede Fehlausrichtung in der Helligkeit, erwartete auf der 21-Zentimeter-Wellenlänge ein, weist auf die Bewegung des Gases und Abgeschiedenheit seiner Lage. Die Wissenschaftler Maßen fallen die Helligkeit, das geschah in verschiedene kosmische Zeiträume, bis zu dem Zeitpunkt, als das Universum war nur 180 Millionen Jahren, und verglichen mit dem gegenwärtigen Zustand. Es war das Licht der ersten Sterne.

Hallo, dunkle Materie

Die Geschichte ist noch nicht zu Ende. Die Wissenschaftler waren überrascht zu entdecken, dass die Amplitude des Signals war zwei mal größer als prognostiziert. Das spricht dafür, dass das Wasserstoffgas war viel kälter, als erwartet von der Mikrowellen-hintergrund.

Diese Ergebnisse wurden veröffentlicht in einem anderen Artikel in Nature und verließen den Haken mit blesnoj zu besitzen für Physiker-Theoretiker. Alles nur, weil aus der Physik wird klar, dass in dieser Zeit der Existenz des Universums Gas war leicht zu heizen, aber schwierig zu kühlen. Um zu erklären zusätzliche Bedenkzeit verbunden mit dem Signal, das Gas musste mit etwas interagieren noch kälter. Und das einzige, was war kälter kosmischen Gas im frühen Universum ist dunkle Materie. Die Theoretiker müssen jetzt entscheiden, ob Sie erweitern das Standardmodell der kosmologie und der Teilchenphysik, um das Phänomen zu erklären.

Wir wissen, dass dunkle Materie in fünf mal mehr als die üblichen, aber wir wissen nicht, woraus Sie besteht. Es wurde vorgeschlagen, mehrere Möglichkeiten Teilchen könnten die dunkle Materie bilden, und der Favorit unter Ihnen ist schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMP).

Eine Neue Studie deutet aber darauf hin, dass die Teilchen der dunklen Materie sollte nicht viel schwerer ist als ein Proton (das ist im Atomkern zusammen mit einem Neutron). Dies ist deutlich niedriger Massen vorhergesagt für WIMP. Die Analyse geht außerdem davon aus, dass dunkle Materie kälter als erwartet, und eröffnet die faszinierende Möglichkeit, «21-cm-kosmologie» als Sonde der dunklen Materie im Universum. Weitere Entdeckung mit empfindlicheren Empfängern und weniger Störungen vom irdischen Radio ausfahren können mehr Details über die Natur der dunklen Materie und vielleicht sogar bezeichnen die Geschwindigkeit, mit der es sich bewegt.