Cu mult înainte ca primele stele să străpungă întunericul, Universul era deja la foc mic. Potrivit unui nou studiu, o „șoaptă” radio abia perceptibilă, venită de la hidrogenul primordial, dezvăluie că tânărul cosmos se încălzea considerabil mai devreme decât am fi crezut.
Descoperirile sugerează că, la aproximativ 800 de milioane de ani după Big Bang, energia eliberată de găurile negre nou-născute și de rămășițele stinse ale primelor stele încălzea deja norii intergalactici de hidrogen. Aceasta ne oferă o perspectivă rară asupra unui capitol în mare parte necunoscut din tinerețea Universului, arată Live Science.
Mai mult, rezultatele îi aduc pe astronomi cu un pas mai aproape de detectarea unui semnal radio evaziv, cunoscut sub numele de linia de hidrogen de 21 de centimetri – o amprentă cosmică ce ar putea dezvălui secretele primelor stele și găuri negre care au remodelat cosmosul.
„Este una dintre cele mai neexplorate perioade din universul nostru. Sunt atât de multe lucruri de învățat.”, a declarat coautorul studiului, Ridhima Nunhokee, cercetător la Centrul Internațional pentru Cercetări în Radioastronomie din Perth, Australia.
Astronomii au descoperit un semnal străvechi: de la întuneric la lumină
Știm că universul a început acum 13,8 miliarde de ani într-o stare incredibil de fierbinte și densă, prin Big Bang, după care s-a răcit pe măsură ce s-a extins. După circa 400.000 de ani, a devenit suficient de rece pentru ca protonii și electronii să se combine în atomi de hidrogen neutru. Așa a intrat cosmosul în „epoca întunecată” – o perioadă lungă, fără lumină, în care spațiul era învăluit într-o ceață densă de hidrogen.
Sute de milioane de ani mai târziu, primele stele masive și galaxii s-au aprins. Lumina lor ultravioletă intensă a început să ardă această ceață într-o perioadă de transformare numită Epoca Reionizării. Acest proces, încheiat la aproximativ 1 miliard de ani după Big Bang, a făcut universul transparent, permițând luminii stelelor să călătorească liber pentru prima dată.
Această cercetare nu are loc într-un vid. Aceasta completează perfect observațiile făcute de telescoape spațiale precum James Webb (JWST). În timp ce JWST ne oferă „fotografii” spectaculoase ale primelor galaxii care au străpuns întunericul cosmic, studiul liniei de hidrogen de 21 cm ne permite să „ascultăm” mediul înconjurător – gazul invizibil – în care acele galaxii s-au născut și pe care l-au transformat. Cele două abordări sunt, practic, două fețe ale aceleiași monede cosmice, fiecare esențială pentru a reconstitui complet primul capitol al universului.
Vânătoarea unui ecou cosmic
Deoarece nu putem observa direct primele stele – erau prea slabe, prea îndepărtate și au trăit prea puțin –, astronomii le vânează amprentele lăsate în gazul de hidrogen din jur. Echipa condusă de Nunhokee a analizat date colectate timp de aproape un deceniu de la Murchison Widefield Array, un radiotelescop puternic din deșertul australian, căutând acea „șoaptă” radio de la hidrogenul antic.
Semnalul, care apare la o lungime de undă de 21 de centimetri, funcționează ca un termometru cosmic. Intensitatea sa este influențată de temperatura hidrogenului, dezvăluind cum primele stele și găuri negre au început să-și influențeze mediul.
Pentru a înțelege mai bine dificultatea, imaginați-vă că încercați să ascultați șoapta unui prieten aflat la celălalt capăt al unui stadion zgomotos, în timpul unui concert rock. „Concertul” este zgomotul de fond al propriei noastre galaxii, Calea Lactee, care acoperă aproape complet semnalul infim de slab venit din zorii timpului. Filtrarea acestui zgomot monumental nu este doar o provocare tehnică, ci un efort de anduranță științifică ce a necesitat aproape un deceniu de colectare a datelor. Chiar și cu „cele mai bune date pe care le avem”, echipa nu a găsit semnalul. „Pentru că este foarte slab, este foarte greu”, a spus Nunhokee.
Un univers mai cald decât ne așteptam
Absența semnalului a fost, de fapt, cheia. Datele nu au arătat semnătura distinctivă a unui „start rece” al reionizării. Acest lucru sugerează că universul, la 800 de milioane de ani după Big Bang, era deja mai cald decât se credea.
„Pe măsură ce universul a evoluat, gazul dintre galaxii s-a extins și s-a răcit, așa că ne-am aștepta să fie foarte, foarte rece. Măsurătorile noastre arată că este încălzit cel puțin într-o anumită măsură. Nu foarte mult, dar ne spune că reionizarea foarte rece este exclusă — ceea ce este foarte interesant.”, a explicat într-o declarație autoarea principală a studiului, Cathryn Trott. Modelele cosmologice indică razele X emise de găurile negre timpurii și de rămășițele stelelor masive ca fiind vinovatele probabile pentru această încălzire timpurie.
În cele din urmă, poate cea mai importantă concluzie a acestui studiu este o lecție fundamentală despre cum funcționează știința. Faptul că semnalul nu a fost detectat nu este un eșec, ci o constrângere valoroasă. Prin eliminarea scenariului unui „start rece”, cercetătorii au redus semnificativ numărul de posibilități și pot acum să-și concentreze modelele pe mecanisme de încălzire mai complexe. Astfel, „liniștea” pe care au măsurat-o în datele lor vorbește, de fapt, foarte elocvent despre dinamica unui univers tânăr și turbulent, pregătind terenul pentru viitorul observator Square Kilometre Array (SKA), care va avea sensibilitatea necesară pentru a auzi, în sfârșit, acest ecou.
