Група астрономів розробила метод, який дозволить їм "бачити" крізь туман раннього Всесвіту та виявити світло від перших зірок та галактик.

Під егідою Кембриджського університету, дослідники розробили методологію, яка дозволить їм спостерігати та вивчати перші зірки через хмари водню, які заповнили Всесвіт приблизно через 378 тис. років після Великого вибуху. Square Kilometer Array (SKA) – телескоп наступного покоління, який мають добудувати до кінця десятиліття. Він, ймовірно, зможе робити зображення раннього світла у Всесвіті. Для сучасних телескопів складність полягає у виявленні космологічних сигналів зірок крізь густі водневі хмари.

Використання самого радіотелескопа створює спотворення в сигналі, що може повністю приховати потрібний космологічний сигнал. У сучасній радіокосмології це є надзвичайно складним завданням. Такі спотворення вважаються головною перешкодою у цьому типі спостереження.

Тепер під егідою Кембриджа команда вчених розробила методологію, що дозволяє бачити крізь первинні хмари та інші шумові сигнали піднебіння, уникаючи при цьому спотворень, що вносяться радіотелескопом. Їхня методологія є частиною експерименту REACH (радіоексперимент з аналізу космічного водню). Вона дозволить астрономам спостерігати за ранніми зірками через їх взаємодію з водневими хмарами. Процес схожий на вгадування ландшафту за контурами в тумані.

Їх метод покращить якість та надійність спостережень цього незвіданого та ключового моменту у розвитку Всесвіту. Перші спостереження REACH очікуються наприкінці цього року.

У 2018 році інша дослідницька група (яка проводила «Експеримент з виявлення сигнатури глобальної епохи реіонізації» або EDGES) опублікувала результат, що натякає на можливе виявлення цього раннього світла, але астрономи не змогли повторити результат, і всі почали вважати, що початковий результат міг бути пов’язаний з перешкодами від телескопа.

Щоб вивчити цей період розвитку Всесвіту, який часто називають Космічним Світанком, астрономи вивчають сигнатуру електромагнітного випромінювання водню в ранньому Всесвіті. Вони шукають радіосигнал, який покаже контраст між випромінюванням самого водню та випромінюванням за водневим туманом. Методологія, розроблена доктором наук Елоєм де Лера Аседо та його колегами з Кембриджського університету, використовує баєсівську статистику для виявлення космологічного сигналу при перешкодах від телескопа та загального небесного шуму, щоб відокремити ці сигнали. Для цього знадобилися найсучасніші методики та технології з різних галузей.

Дослідники використовували моделювання, щоб імітувати реальне спостереження з використанням кількох антен, що підвищило б надійність даних – ранні спостереження покладалися на одну антену. "Наш метод спільно аналізує дані з кількох антен у ширшому діапазоні частот, ніж еквівалентні сучасні інструменти. Цей підхід дасть нам необхідну інформацію для баєсівського аналізу даних", – сказав де Лера Аседо.

"По суті, ми відкинули традиційні стратегії проєктування і натомість зосередилися на розробці телескопа, що підходить для нашого плану аналізу даних — щось на зразок зворотного дизайну. Це може допомогти нам досліджувати такі речі як Космічний Світанок чи епоху реіонізації, коли водень у Всесвіті реіонізувався".

Будівництво телескопа зараз завершується в радіозаповіднику Кару в Південній Африці. Місце було вибрано через його відмінні умови для радіоспостережень за небом. Він знаходиться далеко від антропогенних радіочастотних перешкод, на зразок телевізійних та FM-радіосигналів.

Професор де Вільєрс, один із керівників проєкту у Стелленбоському університеті в Південній Африці, заявив: "Хоча технологія антени цього приладу досить проста, суворі та віддалені умови розгортання, а також суворі допуски під час виробництва, ускладнюють роботу над цим проєктом. Ми будемо раді побачити, як добре система покаже себе, і повністю впевнені, що зможемо зробити це виявлення можливим".

Великий вибух і ранні періоди існування Всесвіту були добре вивчені завдяки дослідженням космічного мікрохвильового фонового (CMB) випромінювання. Ще краще було вивчено пізню та масштабну еволюцію зірок та інших небесних об’єктів. Але час утворення першого світла в космосі — фундаментальна частина в головоломці історії Всесвіту.