26cmの観察 ラジオ 宇宙の水素の超微細遷移によって形成される信号は、初期の研究に代わるツールを提供します。 宇宙。乳児の中性期は 宇宙 光が放射されていない場合、26 cm のラインはおそらく単なる窓です。しかし、これらは赤方偏移した ラジオ 初期に宇宙の水素によって発せられた信号 宇宙 非常に弱く、これまでのところとらえどころがありません。 2018 年に EDGE 実験で 26 cm の信号の検出が報告されましたが、その結果を独立して確認することはできませんでした。主な問題は、機器の系統的なものと、空からの他の信号による汚染でした。 REACH 実験は、ボトルネックを克服するために独自の方法論を採用することです。この研究グループが近い将来、これらのとらえどころのない信号を確実に検出できるようになることが期待されています。成功すれば、REACH実験は「26センチ電波天文学」を初期の研究の最前線にもたらす可能性がある。 宇宙 そして、初期の謎を解明するのに大いに役立ちます。 宇宙.
の勉強となると、 初期の宇宙、最近発売された名前 ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST） 私たちの心に浮かびます。 JWST、大成功を収めた後継者 ハッブル 望遠鏡は、 スペース地球上で形成された初期の星や銀河からの光学/赤外線信号を捕捉するために装備された赤外線天文台。 宇宙 ビッグバン直後1。 しかし、 JWST 中立時代からの信号を拾う限り、いくつかの制限があります。 初期の宇宙 心配している。
表: 歴史におけるエポック 宇宙 ビッグバン以来
(出典: Philosophy of Cosmology – 21 cm の背景。 http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
ビッグバンから最大 380 万年後、 宇宙 イオン化ガスで満たされており、完全に不透明であった。 380万年から400億年の間に、 宇宙 ニュートラルで透明になりました。再電離の時代は、ビッグバン後 400 億年後に始まるこの段階の後に始まりました。
初期の中立時代 宇宙、 宇宙 中性ガスで満たされており、透明であり、光信号は発せられなかった（したがって暗黒時代と呼ばれる）。結合した材料は発光しません。これは初期の研究において課題を引き起こします 宇宙 中立時代の。しかし、この時代に超微細遷移（平行スピンからより安定な反平行スピンへ）の結果として冷たい中性宇宙水素から放出される波長21 cm（1420 MHzに相当）のマイクロ波放射は、研究者にチャンスを提供する。この 21 cm のマイクロ波放射は地球に到達すると赤方偏移し、200 MHz ～ 10 MHz の周波数で電波として観測されます。2,3.
21cm電波天文学： 21センチメートルの宇宙水素信号の観測は、初期の水素の研究に別のアプローチを提供する 宇宙 特に発光のない中性エポック相。これにより、時間の経過に伴う物質の分布、暗黒エネルギー、暗黒物質、ニュートリノ質量、インフレーションなどの新しい物理学についても知ることができます。2.
しかし、初期の宇宙水素によって放出された 21 cm の信号は、 宇宙 位相はとらえどころがない。それは非常に弱いと予想されます（同様に空から発せられる他の電波信号よりも約10万倍弱い）。結果として、このアプローチはまだ初期段階にあります。
2018年、研究者は78 MHzの周波数でそのような無線信号を検出したと報告した4. しかし、原始的な 21 cm 電波信号のこの検出は、独立して確認できなかったため、これまでのところ実験の信頼性を確立することはできませんでした。 主な問題は、フォアグラウンド無線信号による汚染のようです。
最新のマイルストーンは、21 年 2022 月 21 日の宇宙水素分析のための無線実験 (REACH) の報告です。REACH は、これらの微弱なとらえどころのない宇宙電波信号を検出するために新しい実験的アプローチを使用し、XNUMX センチメートルの宇宙信号の確認に新たな希望を提供します。
The Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) is a sky-averaged 21-cm experiment. This aims to improve observations by managing issues faced by instruments related to residual systematic signals in the data. It focusses on detecting and jointly explaining the systematics together with the foregrounds and the cosmological signal using Bayesian statistics. The 実験 involves simultaneous observations with two different antennas, an ultra-wideband system (redshift range about 7.5 to 28) and a receiver calibrator based on in-field measurements.
最高のツールの 1 つになる可能性を考えると、この開発は重要です (また、コスト効率が非常に高いという点でも) スペースのような天文台を拠点とする ジェームスウェッブ）初期の勉強用 宇宙 新しい基礎物理学の到来の可能性も。
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参照：
- Prasad U., 2021.James Webb Space Telescope (JWST): 初期宇宙の研究専用の最初の宇宙天文台。 科学的なヨーロッパ人. 6 年 2021 月 XNUMX 日に投稿されました。 http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- Pritchard JA と Loeb A.、2012 年。21 世紀の 21 cm 宇宙論。 Reports on Progress in Physics 75 086901。 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv のプレプリントは次の場所で入手可能 https://arxiv.org/abs/1109.6012 PDF版 https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- オックスフォード大学。 宇宙論の哲学 – 21 cm の背景。 で入手可能 http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman、J.、Rogers、A.、Monsalve、R.ら。 空平均スペクトルの 78 メガヘルツを中心とした吸収プロファイル。 ネイチャー 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. 赤方偏移 z ≈ 21–7.5 からの 28 cm 水素信号を検出するための REACH 放射計。 ナット・アストロン (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- エロイ デ レラ アセド 2022. REACH 放射計で幼児宇宙の謎を解き明かす。 オンラインで入手可能 https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
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