Zarejestrowano ślad po świetle pierwszych gwiazd

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Astronomowie zarejestrowali sygnał pochodzący z pierwszych gwiazd, które powstały we wszechświecie. Powstał on 180 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Sygnał znaleziono w promieniowaniu tła wodoru, który zaabsorbował światło tych gwiazd. Zdobyte w ten sposób dane wskazują, że gaz we wczesnym wszechświecie był chłodniejszy niż przypuszczano. To zaś, jak sądzą fizycy, mogło być wywołane obecnością ciemnej materii. Jeśli wyniki i wnioski badań się potwierdzą będziemy mieli pierwszy przypadek zarejestrowania innego niż grawitacyjne oddziaływania ciemnej materii.

To pierwszy, poza mikrofalowym promieniowaniem tła, sygnał ze wczesnego wszechświata, mówi Judd Bowman z Arizona State University, który stał na czele grupy badawczej. Jeśli to się potwierdzi, to będziemy mieli do czynienia z ważnym odkryciem, stwierdził Saleem Zaroubi, kosmolog z holenderskiego Uniwersytetu w Groningen.

Fizycy uważają, że w wyniku Wielkiego Wybuchu powstała zjonizowana plazma, która szybko się ochładzała. Mniej więcej 370 000 lat po Wybuchu zaczęły powstawać atomy wodoru. Z czasem, pod wpływem grawitacji, gromadziły się one razem, tworząc gwiazdy.

Światło z tych gwiazd jest obecnie tak słabe, że praktycznie nie możemy wykryć go bezpośrednio. Od dawna jednak sądzono, że można wykryć je pośrednio. Światło to powinno bowiem zmienić zachowanie wodoru, który w przeszłości wypełniał przestrzeń pomiędzy gwiazdami. Zmiana ta powinna zaś doprowadzić do tego, że wodór będzie absorbował z mikrofalowego promieniowania tła fale o długości 21 centymetrów.

Astronomowie z Arizony postanowili poszukać tego sygnału za pomocą radioteleskopu EDGES (Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature) znajdującego się w Zachodniej Australii. Dość szybko odkryli odpowiadający teoretycznym przewidywaniom sygnał, który – pomimo spadku promieniowania o 0,1% – wciąż był dwukrotnie silniejszy niż przewidywano. Odkrycie było tak niespodziewane, że przez dwa kolejne lata uczeni sprawdzali, czy nie zaszła jakaś pomyłka. W ramach testów zbudowali drugą antenę i badali za jej pomocą różne fragmenty nieba w różnym czasie. Po dwóch latach ukończyliśmy wszystkie możliwe testy i nie znaleźliśmy innego wytłumaczenia dla tego sygnału, stwierdził Bowman.

Dzięki temu, że tak stare promieniowanie jest rozciągane w miarę rozszerzania się wszechświata, częstotliwość sygnału zdradza jego wiek. Dzięki temu ustalono, że sygnał pochodzi ze okresu 180 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Natomiast pasmo, w którym sygnał zanika, zdradza drugą istotną informację. Gdy pierwsze gwiazdy zaczęły umierać, pojawiło się wysoce energetyczne promieniowanie X, które wyłączyło sygnał. Bowman i jego zespół obliczyli, że miało to miejsce około 250 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Zrozumienie ewolucji pierwszych gwiazd jest niezwykle ważne. Wpływały one bowiem na kształt otaczającej je materii, a ich śmierć wzbogaciła wszechświat o cięższe pierwiastki, takie jak węgiel czy tlen, z których powstawały kolejne generacje gwiazd. Jeśli chcemy zrozumieć ewolucję wszechświata, musimy zrozumieć jej początek, mówi Bowman.

Kosmolog Rennan Barkana z Uniwersytetu w Tel Awiwie mówi, że o ile sygnał znaleziono na spodziewanej częstotliwości, to jego siła jest całkowitym zaskoczeniem. Uczony mówi, że tak duża siła sygnału oznacza, że u zarania dziejów było więcej promieniowania niż sądzono lub też gaz był chłodniejszy niż się przypuszcza. Obie możliwości są „bardzo dziwne i niespodziewane”. Jego zdaniem gaz musiał zostać przez coś schłodzony. Tym czymś mogła być ciemna materia, która, jak przewidują teoretycy, powinna być zimna u początków wszechświata. Jeśli zaś była aż tak zimna, jak sugeruje temperatura gazu, to oznacza, że powinna być też lżejsza niż przewidują teorie. To zaś może wyjaśniać, dlaczego dotychczas nie została wykryta. Niewłaściwe szacunki co do jej masy spowodowały, że dotychczasowe eksperymenty mające na celu jej zarejestrowanie, były źle zaprojektowane.

Na razie wspomniane powyżej odkrycie oczekuje na potwierdzenie. Na szczęście już teraz prowadzone są podobne eksperymenty. Naukowcy pracujący przy Hydrogen Epoch of Reionization Array na południowoafrykańskiej pustyni Karoo właśnie przystosowują swoje instrumenty do sprawdzenia sygnału o charakterystykach opisanych przez zespół Bowmana. Mają nadzieję, że w ciągu najbliższych kilku lat zweryfikują uzyskane przezeń wyniki. Z kolei europejski eksperyment LOFAR (Low-Frequency Array) powinien być w stanie zmapować wspomniany sygnał. Chcielibyśmy użyć innego instrumentu do potwierdzenia tego sygnału, stwierdzil Bowman.

« powrót do artykułu

[ex nihilo 223]

 

 

Astronomowie zarejestrowali sygnał pochodzący z pierwszych gwiazd, które powstały we wszechświecie. Powstał on 180 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

 

Mniej więcej 370 000 lat po Wybuchu zaczęły powstawać atomy wodoru. Z czasem, pod wpływem grawitacji, gromadziły się one razem, tworząc gwiazdy.

 

?

[thikim 119]

Zajęło im to 180 milionów lat - 370 tysięcy?

Żeby zaczęły świecić to trochę czasu musiało minąć.

Odkrycie ważne jeśli chodzi o charakterystykę pierwszych gwiazd.

Nie za bardzo jednak wiem jak zimna ciemna materia miałaby schłodzić zwykłą materię (pomijając to że nie wierzę w ciemną materię).

 

Jeśli wyniki i wnioski badań się potwierdzą będziemy mieli pierwszy przypadek zarejestrowania innego niż grawitacyjne oddziaływania ciemnej materii.

 

Cofać się 13 mld lat wstecz żeby zobaczyć coś czego dzisiaj nie widać. Ryzykowne

Cała podstawa CM to pomijalnie słabe oddziaływanie ze zwykłą materią (inaczej jak grawitacyjnie). Nic takiego nie zaobserwowano. Za to słaby i niepewny sygnał sprzed 13 mld lat dowiedzie że jednak oddziałuje

Edytowane 1 marca 2018 przez thikim

[ex nihilo 223]

 

 

Zajęło im to 180 milionów lat - 370 tysięcy?

 

:D Zmarznięty przylazłem i mi się miliony z tysiącami pooo... no wiadomo co

[Gość]

370 000 << 180 000 000

[ex nihilo 223]

Ee tam, zera się nie liczą, zero to nic, psińco

[thikim 119]

Ja za bardzo istotną informację wziąłbym 250 milionów - 180 milionów

70 milionów lat świecenia to mało na standardowe gwiazdy. To nam mówi jakie to mogły być gwiazdy. A to z kolei mówi jakie tam mogły być warunki.

Edytowane 1 marca 2018 przez thikim

[Sławko 101]

 

 

70 milionów lat świecenia to mało na standardowe gwiazdy.

Standardowe to one raczej nie były, bo co to znaczy "standardowa gwiazda"? Sądzę, że pierwsze gwiazdy musiały być ogromne, dlatego krótko żyły, a ich eksplozje zapewne były równie ogromne. Czarne dziury, które postały w wyniku eksplozji tych gwiazd pewnie teraz znajdują się w centrach galaktyk.

[pogo 102]

@@Sławko

Z tymi czarnymi dziurami i eksplozjami to mam wątpliwości. Gwiazdy o takiej masie pozbawione cięższych pierwiastków wybuchają przez niestabilność miedzy ciśnieniem i grawitacją. Zwyczajnie reakcje zachodzą na tyle gwałtownie, że grawitacja tego nie utrzymuje i się rozpadają w pył nie zostawiając po sobie żadnego "trupa": https://pl.wikipedia.org/wiki/Pair_instability_supernova

[thikim 119]

I to jest właściwy kierunek dyskusji. Jak wyglądał wszechświat te 100 mln lat po BB. Te gwiazdy były wszędzie czy już były rozrzucone?

 

 

Gwiazdy o takiej masie pozbawione cięższych pierwiastków wybuchają przez niestabilność miedzy ciśnieniem i grawitacją

Żeby powstała czarna dziura to zasadniczo ciśnienie nie musi być wysokie Jeśli mamy petakm3 wodorowej mgły to już to będzie z zewnątrz czarna dziura bo masę osiągnie wystarczającą. Dziś to niemożliwe ale warunki wtedy mogły do takich rzeczy prowadzić.

Edytowane 2 marca 2018 przez thikim

[Gość]

 

 

I to jest właściwy kierunek dyskusji. Jak wyglądał wszechświat te 100 mln lat po BB. Te gwiazdy były wszędzie czy już były rozrzucone?

 

Pan oczywiście zna odpowiedź, czy jak zwykle?

Podpowiem, że szalone pomysły mają czasem sens, ale tylko w wypadku gdy szaleństwo nie prześciga rozumu.

Pan rozumie zapewne, ale można prosić o nieco głębszą refleksję nad sformułowaniem "były wszędzie czy już były rozrzucone"?

[pogo 102]

@@thikim

tak... dlatego prawdopodobnie istnieje coś takiego jak pierwotne czarne dziury, czyli tak duże masy materii, że zapadły się w czarną dziurę bez rozpalania gwiazdy (do rozpalenia trzeba zimnego gazu, a pierwotna BH może powstać z dowolnie gorącego)

Jeśli gaz był zimny, to według mojej intuicji, rozpalała się gwiazda, która dalej chłonęła materię i więcej i więcej i paliła się coraz mocniej i szybciej dochodziło do wybuchu bez "trupa", a ten wybuch rozdmuchiwał resztę materii tak, że nie mogła się zapaść BH, a raczej tworzyła kolejne gwiazdy.

 

 

 

Te gwiazdy były wszędzie czy już były rozrzucone

to proste... były rozrzucone wszędzie bo "wszędzie" to cały ówczesny Wszechświat. 

[Gość]

https://pl.wikipedia.org/wiki/Quasistar

[tempik 83]

Jakoś tego nie widzę co mówicie.

We wczesnym, bardzo gorącym, gęstym wszechświecie grawitacja jako siła była pomijalna, żeby grawitacja pokazała co potrafi musi zebrać się do kupy bardzo dużo spokojnej masy. Gorące rozbiegane cząstki i atomy nie dają takich szans, musi być dość chłodno żeby materia zrodziła zarodki z których powstanie coś większego. Jakby było tak jak mówicie to powstało by na starcie trochę czarnych dziur które zgarnęły by całą materię i było by już na zawsze ciemno. Albo powstałaby 1 czarna i zrobiła by natychmiastowy kolaps do początku

[Gość]

Też nie widzę tego, co Pan mówi. Całkowicie. Tak bywa.

[thikim 119]

 

 

pierwotne czarne dziury, czyli tak duże masy materii,

No wlaśnie niekoniecznie duże masy Tego właśnie nie wiemy i dlatego ta informacja o której tu mówimy jest istotna.

Kto wie czy nie było momentów w których gęstość i masa była tak bliska krytycznej że dowolna fala uderzeniowa mogła tworzyć od razu niezliczone CD, ale o małej masie, które już dawno by wyparowały.

Gorące rozbiegane cząstki i atomy nie dają takich szans, musi być dość chłodno żeby materia zrodziła zarodki z których powstanie coś większego

 

Normalnie tak. Ale dziś normalnie oznacza próżnię kosmiczną.

A w tamtych warunkach nie było próżni jaką dziś znamy. Wszechświat miał wtedy zdecydowanie większą gęstość.

Tak zaczynając od maksymalnej gęstości aż do dzisiejszej. A po drodze było coś pośredniego.

 

 

Jeśli gaz był zimny, to według mojej intuicji, rozpalała się gwiazda

 

W tym okresie nie było zimno

Edytowane 3 marca 2018 przez thikim

[ex nihilo 223]

 

 

We wczesnym, bardzo gorącym, gęstym wszechświecie grawitacja jako siła była pomijalna, żeby grawitacja pokazała co potrafi musi zebrać się do kupy bardzo dużo spokojnej masy.

 

Niekoniecznie tak. Grawitacja to nie sprawa masy (spoczynkowej), a gęstości energii. To jedno, a drugie: duża gęstość energii powoduje duże fluktuacje, co z kolei umożliwia łatwe przekroczenie warunków krytycznych procesów nieliniowych. Poza tym w takich w takich warunkach trzeba brać pod uwagę możliwy istotny wpływ pola EM. Czyli... dużo ciekawego tam mogło się dziać

[tempik 83]

Chyba gdzieś się nie zrozumieliśmy. Ja mówię że nie było warunków do powstania gwiazd czy CD 100000 lat po wielkimi wybuchu. Dopiero gry świat zrobił się przezroczysty dla promieniowania takie warunki powstały. Wasz "wczesny wszechświat" chyba tutaj się zaczyna?

A co do wielkości CD, to mają one ograniczenie tempa wzrostu, nie mogły powstać nagle jakieś olbrzymie CD. jakby bombardować CD materią z całej galaktyki to ona i tak będzie jadła własnym tempem, a resztę wydali w postaci fajerwerków widzialnych w całym wszechświecie

[thikim 119]

A co do wielkości CD, to mają one ograniczenie tempa wzrostu, nie mogły powstać nagle jakieś olbrzymie CD

Normalnie tak. Dziś tak. Ale na etapie wczesnego Wszechświata to nie jest takie pewne.

Ty rozpatrujesz przypadek Wszechświata o niskiej gęstości który poprzez grawitację lokalnie przekracza krytyczną masę w pewnym obszarze. A tak nie musiało być na początku bo gęstość była dużo większa. A średnia gęstość CD (obszaru ograniczonego horyzontem) może być mała.

Wyobraź sobie petaliony km3 wodoru o gęstości powietrza. Warunki na promień Schwarzschilda są spełnione. Dziś się takich warunków nie da stworzyć bo zaczną powstawać gwiazdy. Ale wtedy była inna sytuacja.

Edytowane 4 marca 2018 przez thikim

[tempik 83]

Ale w warunkach dużej gęstości proces powstawania CD nie może być natychmiastowy. Przecież nieskończone tony materii nie zwalą się w ułamku sekundy na jakiś losowy atom wodoru. Tradycyjnie powstanie wirujący gorący dysk. Już to spowolni opadanie. Następnie jak będzie masa i temperatura to zapala się wodór i rozgania pozostałą materię. Wątpię w możliwość powstania CD wcześniej niż gwiazd. Pierwsze gwiazdy pewnie były monstrualne i umierały niewiarygodnie szybko. To już jest bardzo dobry materiał na CD

[thikim 119]

Przecież nieskończone tony materii nie zwalą się w ułamku sekundy na jakiś losowy atom wodoru.

A po co się mają zwalać? Wystarczy że istnieją.

Edytowane 4 marca 2018 przez thikim