Evrenin ilk yıldızlarının ışığıyla aydınlanmasından çok daha önce, genç evrenin gizemli bir şekilde ısındığına dair yeni bir çalışma ortaya çıktı. Bu bulgular, Büyük Patlama'dan yaklaşık 800 milyon yıl sonra, yeni doğan kara deliklerden ve ilk yıldızların solan kalıntılarından yayılan enerjinin, galaksiler arası hidrojen gazı bulutlarını ısıtmaya başladığını gösteriyor. Bu durum, evrenin gençlik döneminin büyük ölçüde haritalandırılmamış bir bölümüne nadir bir bakış sunuyor.
Bu sonuçlar aynı zamanda bilim insanlarını, evreni yeniden iyonize eden ilk yıldızların ve kara deliklerin özelliklerini ortaya çıkarabilecek, 21 santimetrelik hidrojen çizgisi olarak bilinen zayıf bir radyo sinyalini tespit etmeye bir adım daha yaklaştırıyor.
Bilim dünyasının en büyük açık sorularından biri, evrenin bu karanlık çağlardan çıkmaya başladığı dönemde nasıl bir yer olduğuydu. Yeni araştırmalar, evrenin tam olarak aydınlanmasından önce, birçok modelin öngördüğünden daha soğuk olmadığını düşündürüyor. İlk kozmosun nasıl olabileceğine dair olasılıkları daraltan bu sonuçlar, ilk yıldızların ve galaksilerin çevrelerini nasıl şekillendirmeye başladığını anlamak için önemli yeni bir ipucu sunuyor.
Evrenin Yankıları
İlk yıldızların doğrudan gözlemlenmesi mümkün değil; çünkü çok sönük, çok kısa ömürlü ve en güçlü teleskopların bile tespit edemeyeceği kadar uzaklardı. Bu nedenle bilim insanları, bu yıldızların çevrelerindeki hidrojen gazında bıraktıkları ince izleri arıyor.
Yeni çalışmada, araştırmacılar, Avustralya'nın uzak bir çölünde bulunan güçlü bir radyo teleskobu olan Murchison Widefield Array'den elde edilen yaklaşık on yıllık veriyi analiz ederek, o antik hidrojenin zayıf bir radyo "fısıltısını" aradılar.
Bu sinyal, bir hidrojen atomunun tek protonu ve elektronunun spinleri birbirine göre değiştiğinde ortaya çıkar. Bu küçük değişiklik, atomun enerjisini değiştirir ve belirli bir dalga boyunda bir foton yaymasına veya emmesine neden olur. Bilim insanları, 21 santimetre dalga boyunda ortaya çıkan bu geçişin zayıf radyo yankısını arıyorlar. Sinyalin gücü, çevredeki hidrojen gazının sıcaklığı ve ortamından etkilendiği için, kozmik bir termometre gibi davranarak ilk yıldızların ve kara deliklerin erken evreni nasıl etkilemeye başladığını ortaya koyuyor.
Ancak bu antik sinyali tespit etmek son derece zordur. Samanyolu'ndan, diğer yakın galaksilerden, Dünya'nın atmosferinden ve hatta teleskobun kendisinden gelen çok daha güçlü radyo gürültüsü katmanlarının altında gömülüdür. Bu sinyali ortaya çıkarmak için ekip, bu ön plan sinyallerini ayırmak ve Büyük Patlama'dan yaklaşık 800 milyon yıl öncesine ait hidrojen gazından en olası emisyonu izole etmek için yeni bir istatistiksel filtreleme tekniği geliştirdi.
Bu yeni yaklaşım, erken evrenin şimdiye kadarki en temiz radyo haritasını üretti ve 21 santimetrelik sinyalin gücü üzerinde şimdiye kadarki en sıkı sınırları belirledi.
Araştırmacılar, "birkaç kaynağın olduğu soğuk bir bölgeye" odaklanmalarına ve "sahip oldukları en iyi verileri" kullanmalarına rağmen, belirgin bir sinyale rastlamadılar. Sinyalin çok zayıf olması nedeniyle tespitinin zor olduğunu belirttiler.
Verileri temizledikten sonra araştırmacılar, yeniden iyonizasyonun "soğuk bir başlangıç" olsaydı verilerinde görünecek olan ayırt edici imzayı göremediler. Çalışmaya göre bu sonuç, Büyük Patlama'dan yaklaşık 800 milyon yıl sonra evrenin beklentilerden daha sıcak olduğunu gösteriyor.
Kozmolojik modeller, galaksiler arası gazı görünür yıldız ışığının evreni doldurmasından çok önce ısıtanın erken kara deliklerden gelen X-ışınları ve devasa yıldızların kalıntıları olduğunu öne sürüyor.
Ekibin yeni veri temizleme tekniği, aynı zamanda gelecekteki Dev Kilometre Kare Teleskobu (SKA) için de önemli bir zemin hazırlıyor. Bilim insanları, şu anda Avustralya ve Güney Afrika'da inşa edilmekte olan bu yeni nesil radyo teleskobunun, bu zorlu 21 santimetrelik sinyali doğrudan tespit edecek hassasiyete sahip olacağını belirtiyor.
Araştırmacılar, ne aradıklarını bildiklerini ve hedeflenen seviyelere ulaşabilmek için SKA'dan birkaç saatlik veriye ihtiyaçları olduğunu ifade ediyorlar.
