p Cerca de 12 bilhões de anos atrás, o universo emergiu de uma grande idade das trevas cósmica quando as primeiras estrelas e galáxias se iluminaram. Com uma nova análise de dados coletados pelo rádio telescópio Murchison Widefield Array (MWA), os cientistas estão agora mais perto do que nunca de detectar a assinatura ultra-tênue desse ponto de inflexão na história cósmica. p Em um artigo no site de pré-impressão ArXiv e em breve será publicado no The Astrophysical Journal , pesquisadores apresentam a primeira análise de dados de uma nova configuração do MWA projetada especificamente para procurar o sinal de hidrogênio neutro, o gás que dominou o universo durante a idade das trevas cósmica. A análise define um novo limite - o limite mais baixo ainda - para a força do sinal de hidrogênio neutro.

p "Podemos dizer com confiança que se o sinal de hidrogênio neutro fosse mais forte do que o limite que estabelecemos no papel, então o telescópio o teria detectado, "disse Jonathan Pober, professor assistente de física na Brown University e autor correspondente no novo artigo. "Essas descobertas podem nos ajudar a restringir ainda mais o momento em que a idade das trevas cósmica terminou e as primeiras estrelas surgiram."

p A pesquisa foi liderada por Wenyang Li, que realizou o trabalho como doutorado. estudante na Brown. Li e Pober colaboraram com um grupo internacional de pesquisadores trabalhando com o MWA.

p Apesar de sua importância na história cósmica, pouco se sabe sobre o período em que as primeiras estrelas se formaram, que é conhecido como a Época da Reionização (EoR). Os primeiros átomos que se formaram após o Big Bang eram íons de hidrogênio com carga positiva - átomos cujos elétrons foram arrancados pela energia do universo infantil. À medida que o universo esfriava e se expandia, átomos de hidrogênio reunidos com seus elétrons para formar hidrogênio neutro. E isso é tudo que existia no universo até cerca de 12 bilhões de anos atrás, quando os átomos começaram a se aglutinar para formar estrelas e galáxias. A luz desses objetos reionizou o hidrogênio neutro, fazendo com que ele desapareça amplamente do espaço interestelar.

p O objetivo de projetos como o que está acontecendo no MWA é localizar o sinal do hidrogênio neutro da idade das trevas e medir como ele mudou à medida que o EoR se desdobrava. Isso poderia revelar informações novas e críticas sobre as primeiras estrelas - os blocos de construção do universo que vemos hoje. Mas captar qualquer vislumbre daquele sinal de 12 bilhões de anos é uma tarefa difícil que requer instrumentos com sensibilidade requintada.

p Quando começou a operar em 2013, o MWA era uma matriz de 2, 048 antenas de rádio dispostas em todo o interior remoto da Austrália Ocidental. As antenas são agrupadas em blocos de 128 ", "cujos sinais são combinados por um supercomputador chamado Correlator. Em 2016, o número de ladrilhos dobrou para 256, e sua configuração em toda a paisagem foi alterada para melhorar sua sensibilidade ao sinal de hidrogênio neutro. Este novo artigo é a primeira análise de dados da matriz expandida.

p O hidrogênio neutro emite radiação em um comprimento de onda de 21 centímetros. À medida que o universo se expandiu nos últimos 12 bilhões de anos, o sinal do EoR agora está estendido para cerca de 2 metros, e é isso que os astrônomos da MWA estão procurando. O problema é que há uma miríade de outras fontes que emitem no mesmo comprimento de onda - fontes feitas pelo homem, como a televisão digital, bem como fontes naturais da Via Láctea e de milhões de outras galáxias.

p "Todas essas outras fontes são muitas ordens de magnitude mais fortes do que o sinal que estamos tentando detectar, "Pober disse." Mesmo um sinal de rádio FM que é refletido de um avião que passa por cima do telescópio é suficiente para contaminar os dados.

p Para localizar o sinal, os pesquisadores usam uma infinidade de técnicas de processamento para eliminar esses contaminantes. Ao mesmo tempo, eles são responsáveis ​​pelas respostas de frequência únicas do próprio telescópio.

p "Se olharmos para diferentes frequências de rádio ou comprimentos de onda, o telescópio se comporta de maneira um pouco diferente, "Pober disse." A correção da resposta do telescópio é absolutamente crítica para então fazer a separação dos contaminantes astrofísicos e do sinal de interesse. "

p Essas técnicas de análise de dados combinadas com a capacidade expandida do próprio telescópio resultou em um novo limite superior da intensidade do sinal EoR. É a segunda análise de melhor limite até a data consecutiva a ser lançada pela MWA e aumenta a esperança de que o experimento um dia detecte o indescritível sinal EoR.

p "Esta análise demonstra que a atualização da fase dois teve muitos dos efeitos desejados e que as novas técnicas de análise irão melhorar as análises futuras, "Pober disse." O fato de que a MWA publicou agora os dois melhores limites do sinal dá impulso à ideia de que este experimento e sua abordagem são muito promissores. "