Ini berpotensi menjadi salah satu penemuan astronomi paling menarik dalam dekade ini. Para astronom telah mendeteksi sinyal dari bintang-bintang pertama untuk terbentuk di alam semesta.
Oleh Karl Glazebrook, Universitas Teknologi Swinburne
Sebuah sinyal yang disebabkan oleh bintang-bintang pertama yang terbentuk di alam semesta telah ditangkap oleh teleskop radio kecil namun sangat terspesialisasi di gurun terpencil Australia Barat.
Rincian deteksi terungkap dalam makalah yang diterbitkan 28 Februari 2018, di Alam, dan beri tahu kami bintang-bintang ini terbentuk hanya 180 juta tahun setelah Big Bang.
Ini berpotensi menjadi salah satu penemuan astronomi paling menarik dalam dekade ini. Sebentar Alam kertas, juga diterbitkan 28 Februari, mengaitkan temuan itu dengan kemungkinan bukti pertama yang terdeteksi bahwa materi gelap, yang diduga membentuk sebagian besar alam semesta, dapat berinteraksi dengan atom biasa.
Menyetel sinyal
Penemuan ini dibuat oleh antena radio kecil yang beroperasi di pita 50-100 Mhz, yang tumpang tindih dengan beberapa stasiun radio FM terkenal (itulah sebabnya teleskop terletak di gurun WA terpencil).
Apa yang telah terdeteksi adalah penyerapan cahaya oleh gas hidrogen atom netral, yang mengisi alam semesta awal setelah mendingin dari plasma panas Big Bang.
Pada saat ini (180 juta tahun setelah Big Bang) alam semesta awal berkembang, tetapi daerah terpadat alam semesta runtuh di bawah gravitasi untuk membuat bintang-bintang pertama.
Garis waktu alam semesta, diperbarui untuk menunjukkan kapan bintang-bintang pertama muncul muncul 180 juta tahun setelah Big Bang. Gambar melalui N.R. Lebih penuh, Yayasan Sains Nasional.
Pembentukan bintang-bintang pertama memiliki efek dramatis pada seluruh alam semesta. Radiasi ultraviolet dari mereka mengubah putaran elektron dalam atom hidrogen, menyebabkannya menyerap emisi radio latar belakang alam semesta pada frekuensi resonansi alami 1,420 MHz, sehingga menghasilkan bayangan.
Sekarang, 13 miliar tahun kemudian, bayangan itu diharapkan pada frekuensi yang jauh lebih rendah karena alam semesta telah berkembang hampir 18 kali lipat pada waktu itu.
Hasil awal
Para astronom telah memperkirakan fenomena ini selama hampir 20 tahun dan mencarinya selama 10 tahun. Tidak ada yang tahu seberapa kuat sinyalnya atau seberapa sering mencari.
Sebagian besar diperkirakan akan membutuhkan beberapa tahun lagi pasca 2018.
Tapi bayangan itu terdeteksi pada 78 MHz oleh tim yang dipimpin oleh astronom Judd Bowman dari Arizona State University.
Hebatnya deteksi sinyal radio ini pada 2015-2016 dilakukan oleh antena kecil (percobaan EDGES), yang hanya berukuran beberapa meter, digabungkan dengan penerima radio yang sangat pintar dan sistem pemrosesan sinyal. Ini baru diterbitkan sekarang setelah pemeriksaan ketat.
Spektrometer radio berbasis darat EDGES, Observatorium-astronomi Radio Murchison CSIRO di Australia Barat. Gambar melalui CSIRO.
Ini adalah penemuan astronomi yang paling penting sejak deteksi gelombang gravitasi pada tahun 2015. Bintang-bintang pertama mewakili awal dari segala sesuatu yang kompleks di alam semesta, awal dari perjalanan panjang menuju galaksi, sistem tata surya, planet, kehidupan, dan otak.
Mendeteksi tanda tangan mereka adalah tonggak sejarah dan menentukan waktu yang tepat untuk pembentukan mereka adalah ukuran penting untuk kosmologi.
Ini hasil yang luar biasa. Tapi itu menjadi lebih baik dan bahkan lebih misterius dan menyenangkan.
Render seniman tentang bagaimana bintang pertama di jagat raya terlihat. Gambar melalui N.R. Lebih penuh, Yayasan Sains Nasional.
Bukti materi gelap?
Sinyal dua kali lebih kuat dari yang diharapkan, itulah sebabnya ia telah terdeteksi begitu awal. Yang kedua Alam makalah, astronom Rennan Barkana, dari Universitas Tel Aviv, mengatakan cukup sulit untuk menjelaskan mengapa sinyalnya sangat kuat, karena memberi tahu kita bahwa gas hidrogen pada saat ini jauh lebih dingin daripada yang diperkirakan dalam model standar evolusi kosmik.
Para astronom ingin memperkenalkan benda-benda eksotis jenis baru untuk menjelaskan berbagai hal (mis. Bintang super masif, lubang hitam) tetapi ini umumnya menghasilkan radiasi yang membuat benda-benda lebih panas.
Bagaimana Anda membuat atom lebih dingin? Anda harus menempatkan mereka dalam kontak termal dengan sesuatu yang bahkan lebih dingin, dan tersangka yang paling layak adalah apa yang dikenal sebagai materi gelap dingin.
Materi gelap dingin adalah fondasi kosmologi modern. Itu diperkenalkan pada 1980-an untuk menjelaskan bagaimana galaksi berputar - mereka tampaknya berputar lebih cepat daripada yang bisa dijelaskan oleh bintang-bintang yang terlihat dan gaya gravitasi ekstra diperlukan.
Kita sekarang berpikir bahwa materi gelap harus dibuat dari jenis partikel fundamental baru. Ada sekitar enam kali lebih banyak materi gelap daripada materi biasa dan jika terbuat dari atom normal, Big Bang akan terlihat sangat berbeda dengan apa yang diamati.
Adapun sifat partikel ini, dan massanya, kita hanya bisa menebak.
Jadi jika materi gelap dingin memang bertabrakan dengan atom hidrogen di alam semesta awal dan mendinginkannya, ini adalah kemajuan besar dan dapat mengarahkan kita untuk menjabarkan sifat aslinya. Ini akan menjadi pertama kalinya materi gelap menunjukkan interaksi selain gravitasi.
Inilah ‘tapi’ Sebuah nota hati-hati diperlukan. Sinyal hidrogen ini sangat sulit dideteksi: ribuan kali lebih redup daripada suara radio latar bahkan untuk lokasi terpencil di Australia Barat. Penulis yang pertama Alam kertas telah menghabiskan lebih dari setahun melakukan banyak tes dan pemeriksaan untuk memastikan mereka tidak melakukan kesalahan. Sensitivitas dari udara mereka perlu dikalibrasi dengan indah di seluruh bandpass. Deteksi ini merupakan pencapaian teknis yang mengesankan, tetapi para astronom di seluruh dunia akan menahan napas sampai hasilnya dikonfirmasi oleh percobaan independen. Jika itu dikonfirmasi maka ini akan membuka pintu ke jendela baru di alam semesta awal dan berpotensi pemahaman baru tentang sifat materi gelap dengan menyediakan jendela pengamatan baru untuk itu. Sinyal ini telah terdeteksi berasal dari seluruh langit, tetapi di masa depan dapat dipetakan di langit, dan rincian struktur di peta kemudian akan memberi kita lebih banyak informasi tentang sifat fisik materi gelap. Lebih banyak pengamatan gurun Publikasi hari ini adalah berita menarik bagi Australia pada khususnya. Australia Barat adalah zona paling tenang radio di dunia, dan akan menjadi lokasi utama untuk pengamatan pemetaan di masa depan. Murchison Widefield Array sedang beroperasi sekarang, dan peningkatan di masa mendatang dapat memberikan peta seperti itu. Salah satu dari 128 ubin teleskop Murchison Widefield Array (MWA). Gambar melalui Flickr / Kantor SKA Australia / Departemen Perdagangan WA. Ini juga merupakan tujuan sains utama dari Square Kilometer Array multi-miliar dolar, yang terletak di Australia Barat, yang seharusnya dapat memberikan gambar kesetiaan yang jauh lebih besar dari zaman ini. Sangat menarik untuk menantikan saat di mana kita akan dapat mengungkapkan sifat bintang-bintang pertama dan untuk memiliki pendekatan baru melalui astronomi radio untuk mengatasi materi gelap, yang sejauh ini terbukti sulit dipecahkan. 
Karl Glazebrook, Direktur & Profesor Terhormat, Pusat Astrofisika & Superkomputer, Universitas Teknologi Swinburne
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation. Baca artikel aslinya.
Intinya: Para astronom telah mendeteksi sinyal dari bintang pertama yang terbentuk di alam semesta.