Sinyal kosmik dari alam semesta yang sangat awal akan membantu para astronom mendeteksi bintang pertama

Memahami bagaimana alam semesta beralih dari kegelapan ke terang dengan pembentukan bintang dan galaksi pertama adalah titik balik utama dalam pengembangan alam semesta, yang dikenal sebagai The Cosmic Dawn. Namun, bahkan dengan teleskop yang paling kuat, kita tidak dapat secara langsung mengamati bintang -bintang paling awal ini, sehingga menentukan sifat mereka adalah salah satu tantangan terbesar dalam astronomi.

Ini adalah kesempatan unik untuk mempelajari bagaimana cahaya pertama alam semesta muncul dari kegelapan

Anastasia Violets

Sekarang, sekelompok astronom internasional yang dipimpin oleh University of Cambridge telah menunjukkan bahwa kita akan dapat belajar tentang massa bintang -bintang paling awal dengan mempelajari sinyal radio tertentu – yang dibuat oleh atom hidrogen yang mengisi celah antara daerah pembentuk bintang – yang berasal hanya seratus juta tahun setelah Big Bang.

Dengan mempelajari bagaimana bintang-bintang pertama dan sisa-sisa mereka mempengaruhi sinyal ini, yang disebut sinyal 21 sentimeter, para peneliti telah menunjukkan bahwa teleskop radio di masa depan akan membantu kita memahami alam semesta yang sangat awal, dan bagaimana hal itu berubah dari massa yang hampir homogen dari sebagian besar hidrogen menjadi kompleksitas luar biasa yang kita lihat saat ini. Hasil mereka dilaporkan dalam jurnal Astronomi Alam .

“Ini adalah kesempatan unik untuk mempelajari bagaimana cahaya pertama alam semesta muncul dari kegelapan,” kata rekan penulis profesor Anastasia Fialkov dari Institut Astronomi Cambridge. “Transisi dari alam semesta yang dingin dan gelap ke yang penuh dengan bintang -bintang adalah kisah yang baru saja kita pahami.”

Studi tentang bintang-bintang paling kuno di alam semesta bergantung pada cahaya samar dari sinyal 21 sentimeter, sinyal energi halus dari lebih dari 13 miliar tahun yang lalu. Sinyal ini, dipengaruhi oleh radiasi dari bintang -bintang awal dan lubang hitam, memberikan jendela langka ke masa kanak -kanak alam semesta.

Fialkov memimpin kelompok teori jangkauan (percobaan radio untuk analisis hidrogen kosmik). Reach adalah antena radio dan merupakan salah satu dari dua proyek besar yang dapat membantu kita belajar tentang fajar kosmik dan zaman reionisasi, ketika bintang -bintang pertama membangkitkan atom hidrogen netral di alam semesta.

Meskipun Reach, yang menangkap sinyal radio, masih dalam tahap kalibrasi, ia berjanji untuk mengungkapkan data tentang alam semesta awal. Sementara itu, array kilometer persegi (SKA)-serangkaian antena besar-besaran di bawah niat-niat memetakan fluktuasi dalam sinyal kosmik di seluruh wilayah langit yang luas.

Kedua proyek sangat penting dalam menyelidiki massa, luminositas, dan distribusi bintang -bintang awal alam semesta. Dalam penelitian ini, Fialkov – yang juga anggota SKA – dan kolaboratornya mengembangkan model yang membuat prediksi untuk sinyal 21 sentimeter untuk jangkauan dan Ska, dan menemukan bahwa sinyal sensitif terhadap massa bintang pertama.

“Kami adalah kelompok pertama yang secara konsisten memodelkan ketergantungan dari sinyal 21 sentimeter dari massa bintang pertama, termasuk dampak dari sinar bintang ultraviolet dan emisi sinar-X dari biner sinar-X yang diproduksi ketika bintang-bintang pertama mati,” kata Fialkov, yang juga anggota Cambridge's Kavli Institute for Cosmology. “Wawasan ini berasal dari simulasi yang mengintegrasikan kondisi primordial alam semesta, seperti komposisi hidrogen-helium yang diproduksi oleh Big Bang.”

Dalam mengembangkan model teoritis mereka, para peneliti mempelajari bagaimana sinyal 21 sentimeter bereaksi terhadap distribusi massa bintang-bintang pertama, yang dikenal sebagai bintang populasi III. Mereka menemukan bahwa penelitian sebelumnya telah meremehkan hubungan ini karena mereka tidak memperhitungkan jumlah dan kecerahan biner sinar -X – sistem biner yang terbuat dari bintang normal dan bintang yang runtuh – di antara bintang -bintang populasi III, dan bagaimana mereka mempengaruhi sinyal 21 sentimeter.

Tidak seperti teleskop optik seperti James Webb Space Telescope, yang menangkap gambar yang jelas, astronomi radio bergantung pada analisis statistik sinyal samar. Jangkauan dan Ska tidak akan dapat membayangkan bintang individu, tetapi sebaliknya akan memberikan informasi tentang seluruh populasi bintang, sistem biner sinar-X dan galaksi.

“Dibutuhkan sedikit imajinasi untuk menghubungkan data radio dengan kisah bintang -bintang pertama, tetapi implikasinya sangat mendalam,” kata Fialkov.

“Prediksi yang kami laporkan memiliki implikasi besar untuk pemahaman kami tentang sifat bintang-bintang pertama di alam semesta,” kata rekan penulis Dr Eloy de Lera Acedo, penyelidik utama dari The Reach Telescope dan Pi di Cambridge dari kegiatan pengembangan SKA. “Kami menunjukkan bukti bahwa teleskop radio kami dapat memberi tahu kami detail tentang massa bintang -bintang pertama dan bagaimana lampu awal ini mungkin sangat berbeda dari bintang -bintang saat ini.

“Teleskop radio seperti jangkauan menjanjikan untuk membuka misteri alam semesta bayi, dan prediksi ini sangat penting untuk memandu pengamatan radio yang kami lakukan dari Karoo, di Afrika Selatan.”

Referensi:
T. Gessey-Jones et al. 'Penentuan distribusi massa bintang pertama dari sinyal 21-cm.' Astronomi Alam (2024). Doi: 10.1038/s41550-025-02575-x