Menu Close

Empat Tahun Berlalu, Eksperimen Baru Tidak Melihat Tanda ‘Cosmic Dawn’

Empat Tahun Berlalu, Eksperimen Baru Tidak Melihat Tanda ‘Cosmic Dawn’ – Pada tahun 2018, para astronom yang mengoperasikan antena yang disebut EDGES di pedalaman Australia melaporkan bahwa gelombang radio dengan frekuensi tertentu secara signifikan lebih redup daripada gelombang lain yang datang dari langit malam. Temuan yang diterbitkan di Nature , digembar-gemborkan sebagai sinyal terobosan dari kelahiran bintang pertama setelah Big Bang – sebuah peristiwa yang dijuluki “Cosmic Dawn,” yang seharusnya menandai tanda tangan seperti itu dalam cahaya.

Empat Tahun Berlalu, Eksperimen Baru Tidak Melihat Tanda ‘Cosmic Dawn’

 Baca Juga : Astronom Awal: Dari Babilonia Hingga Galileo

diodati – Terlebih lagi, penurunan spektrum radio yang diamati oleh EDGES tampak sangat berbeda dari yang diperkirakan para kosmolog . Data menunjukkan bahwa alam semesta awal secara mengejutkan dingin, memicu banyak aktivitas teoretis dan upaya untuk mengkonfirmasi sinyal oleh astronom lain di seluruh dunia.

Hari ini, salah satu tim tersebut, di Raman Research Institute di Bangalore, India, telah menerbitkan hasil pencariannya untuk kemiringan EDGES menggunakan antena radio yang disebut SARAS. Para astronom memasang antena di sepasang danau terpencil di India pada awal 2020, mempersingkat pengumpulan data mereka dan kembali ke Bangalore beberapa jam sebelum penguncian COVID pertama di seluruh kota dimulai. Setelah menghabiskan pandemi menganalisis data mereka, tim SARAS sekarang melaporkan di Nature Astronomy bahwa mereka tidak menemukan jejak penurunan yang diamati oleh EDGES.

“Itu seharusnya direproduksi dalam data mereka jika itu benar-benar di langit,” kata Aaron Parsons , astronom radio di University of California, Berkeley, yang tidak terlibat dalam kedua eksperimen tersebut. “Saya tidak melihat banyak ruang gerak di sana.”

Judd Bowman , pemimpin eksperimen EDGES yang berbasis di Arizona State University, mengatakan pekerjaan lebih lanjut diperlukan untuk menyelesaikan masalah tersebut. “Kami senang melihat hasil dari pengamatan awal mereka,” tulisnya dalam email, menambahkan bahwa “mengingat kesulitan dalam membuat jenis pengamatan ini, ada proses substansial di depan untuk menilai dan mengintegrasikan pekerjaan baru ini ke dalam pekerjaan yang sedang berlangsung. penyelidikan.”

Atom hidrogen secara alami menyerap dan memancarkan gelombang radio dengan panjang gelombang 21 sentimeter; gelombang inilah yang EDGES dan SARAS tuju untuk dideteksi. Selama perjalanan mereka ke Bumi, gelombang menjadi membentang oleh perluasan alam semesta. Gelombang dari awan hidrogen yang lebih jauh mengembang untuk waktu yang lebih lama dan mencapai Bumi dengan panjang gelombang yang lebih panjang daripada gelombang yang dipancarkan baru-baru ini oleh awan yang lebih dekat. Peregangan cahaya memberi para astronom catatan waktu tentang peristiwa-peristiwa dalam sejarah kosmik.

Para astronom telah menggunakan emisi 21 sentimeter untuk mempelajari galaksi terdekat selama lebih dari setengah abad. Tetapi baru-baru ini, dengan eksperimen seperti EDGES dan SARAS, mereka mulai mengukur panjang gelombang yang lebih panjang, yang lebih tertutup oleh interferensi radio terestrial dan galaksi, untuk mencari emisi dari awan hidrogen lebih dalam di masa lalu.

Ketika atom hidrogen pertama kali terbentuk, mereka menyerap dan kemudian memancarkan radiasi ambien 21 sentimeter dengan kecepatan yang sama, yang membuat awan hidrogen yang memenuhi alam semesta primordial secara efektif tidak terlihat.

Kemudian datanglah fajar kosmik. Radiasi ultraviolet dari bintang pertama menggairahkan transisi atom yang memungkinkan atom hidrogen menyerap lebih banyak gelombang 21 sentimeter daripada yang dipancarkannya. Dilihat dari Bumi, kelebihan penyerapan ini akan muncul sebagai penurunan kecerahan pada panjang gelombang radio tertentu yang menandai saat bintang-bintang menyala.

Pada waktunya, bintang-bintang pertama runtuh menjadi lubang hitam. Gas panas yang berputar-putar di sekitar lubang hitam ini menghasilkan sinar-X yang memanaskan awan hidrogen di seluruh alam semesta, meningkatkan laju emisi 21 sentimeter. Kami akan mengamati ini sebagai peningkatan kecerahan pada panjang gelombang radio yang sedikit lebih pendek daripada cahaya yang lebih tua. Hasil akhirnya adalah penurunan kecerahan pada rentang panjang gelombang radio yang sempit, seperti yang dideteksi oleh EDGES.

Tetapi penurunan yang diamati, yang terjadi di sekitar panjang gelombang 4 meter, tidak seperti yang diharapkan oleh para ahli kosmologi teoretis: Waktu dan bentuk palungnya berbeda, menunjukkan bahwa bintang-bintang pertama muncul secara mengejutkan lebih awal dan bahwa sinar-X membanjiri alam semesta segera. kemudian. Lebih aneh lagi, penurunannya sangat jelas, menunjukkan bahwa hidrogen di alam semesta awal lebih dingin daripada yang diprediksi model teoretis, mungkin karena interaksi eksotis dengan materi gelap yang mengisi kosmos.

Atau mungkin saus EDGES memiliki asal yang lebih biasa.

Emisi hidrogen 21 sentimeter dari era fajar kosmik mencapai Bumi dengan panjang gelombang beberapa meter, dalam kisaran yang digunakan untuk siaran radio dan televisi FM; itulah mengapa EDGES beroperasi di lokasi yang begitu terpencil. Terlebih lagi, sinyal diliputi oleh emisi radio ribuan kali lebih terang dari galaksi kita sendiri, dan terdistorsi oleh perjalanannya melalui lapisan atas atmosfer bumi.

Tidak kalah pentingnya adalah efek halus dari antena itu sendiri. Lingkungan antena radio dapat sedikit mengubah area langit malam yang sensitif. Dalam eksperimen yang begitu akurat, bahkan pantulan samar dari permukaan yang berjarak puluhan meter dapat menjadi masalah. Efek pantulan tersebut akan ditingkatkan pada panjang gelombang radio tertentu, menghasilkan variasi kecil di area pengamatan antena — dan dengan demikian berpotensi dalam kecerahan terukur — pada panjang gelombang yang berbeda.

Tim EDGES memang melihat riak semacam ini dalam data mereka, dan penyebab utamanya, mungkin tepat, adalah tepi layar logam selebar 30 meter yang ditempatkan di tanah yang mengelilingi antena untuk memblokir emisi radio dari tanah itu sendiri. Tim mengoreksi kemungkinan pantulan dari tepi ini dalam analisis mereka, tetapi seperti yang dicatat oleh beberapa astronom pada saat itu, jika koreksi sedikit saja, hasilnya bisa berupa penurunan kecerahan latar belakang pada rentang panjang gelombang sempit yang tidak dapat dibedakan dari kosmik nyata. sinyal fajar.

Tim SARAS mengambil pendekatan berbeda untuk desain antena dalam mengejar sensitivitas yang lebih seragam di semua panjang gelombang. “Seluruh filosofi desain adalah untuk mempertahankan kehalusan spektral itu,” kata Saurabh Singh , penulis utama makalah SARAS. Antena — kerucut aluminium yang disangga di rakit styrofoam — diapungkan di tengah danau yang tenang untuk memastikan tidak akan ada pantulan lebih dari 100 meter ke arah horizontal mana pun, yang disebut Parsons sebagai “pendekatan yang sangat keren dan inovatif.” Selain itu, kecepatan cahaya yang lambat dalam air mengurangi efek pantulan dari dasar danau, dan kerapatan air yang seragam membuat lingkungan lebih mudah untuk dimodelkan.

Pada akhirnya, tim SARAS mengukur spektrum halus di sekitar panjang gelombang 4 meter, tanpa tanda-tanda penurunan yang terlihat oleh EDGES. (Apakah ada penurunan sama sekali masih harus ditentukan; Parsons menekankan bahwa tim SARAS perlu melakukan lebih banyak pekerjaan untuk memahami seluk-beluk pengukuran mereka sendiri.)

H. Cynthia Chiang , astronom radio di McGill University di Montreal yang tidak terlibat dalam kedua eksperimen tersebut, mengatakan bahwa EDGES dan SARAS sangat teliti dalam prosedur kalibrasi dan analisisnya, dan terlalu dini untuk mengatakan hasil mana yang benar. “Tingkat ketidaksepakatan cukup membuat orang tidak nyaman, tetapi saya pikir itu masih jauh dari akhir cerita,” katanya. “Dari sudut pandang saya, itu menambah kegembiraan.” Dia memimpin eksperimen lanjutan lain yang disebut PRIZM yang akan beroperasi di pulau kecil 1.000 kilometer di ujung selatan Afrika Selatan, di mana gangguan radio terestrial — tantangan utama bagi SARAS — hampir tidak ada sama sekali.

Parsons mengharapkan hasil nol SARAS bertahan. Jika demikian, itu bisa berarti bahwa sinyal fajar kosmik terlalu redup untuk dapat dilihat oleh instrumen saat ini. “Tapi saya tidak berpikir itu harus menghilangkan sejumlah besar inovasi [EDGES] dalam mendorong bidang ini ke depan,” katanya.