Για πρώτη φορά στην ιστορία της επιστήμης, ερευνητές κατάφεραν να ανιχνεύσουν από τη Γη το εξαιρετικά αχνό φως που προέρχεται από μια από τις πιο πρώιμες περιόδους του Σύμπαντος, την εποχή της λεγόμενης «κοσμικής αυγής», όταν εμφανίστηκαν τα πρώτα άστρα, πάνω από 13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.
Το φως αυτό είναι σχεδόν αδύνατο να ανιχνευθεί από την επιφάνεια του πλανήτη μας, καθώς η ατμόσφαιρα της Γης κατακλύζεται από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που «πνίγει» τέτοια ασθενή σήματα. Έως τώρα, μόνο διαστημικά παρατηρητήρια είχαν τη δυνατότητα να το μελετήσουν – και αυτά με περιορισμούς. Όμως, επιστήμονες του ερευνητικού προγράμματος Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτά τα εμπόδια, χρησιμοποιώντας ένα τηλεσκόπιο ειδικά σχεδιασμένο για να ανιχνεύει μικροκυματικές ακτινοβολίες από το πρώιμο σύμπαν.
«Πολλοί πίστευαν πως κάτι τέτοιο ήταν αδύνατο από επίγεια παρατήρηση», δήλωσε ο Tobias Marriage, επικεφαλής του προγράμματος CLASS και καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Johns Hopkins University. «Η αστρονομία είναι μια επιστήμη που εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την τεχνολογία και η ανίχνευση σημάτων από την κοσμική αυγή είναι μία από τις πιο δύσκολες προκλήσεις. Το γεγονός ότι το επιτύχαμε από το έδαφος αποτελεί τεράστιο επίτευγμα».
Το τηλεσκόπιο CLASS είναι εγκατεστημένο σε υψόμετρο 5.138 μέτρων στην έρημο Ατακάμα της βόρειας Χιλής, μια από τις πιο ξηρές και καθαρές περιοχές του πλανήτη για αστρονομικές παρατηρήσεις. Από το 2016, καταγράφει με εξαιρετική ευαισθησία το νυχτερινό ουρανό σε μικροκυματικές συχνότητες, καλύπτοντας περίπου το 75% της ουράνιας σφαίρας. Αυτή η ευαισθησία είναι που του επέτρεψε να συλλάβει σήματα από την πρώτη δισεκατομμυρίων ετών του Σύμπαντος.
Μετά το Big Bang, το Σύμπαν παρέμεινε για περίπου 380.000 χρόνια σε μια κατάσταση αδιαφανούς πλάσματος, γεμάτη ελεύθερα ηλεκτρόνια που δεν επέτρεπαν στο φως να ταξιδέψει ελεύθερα. Σταδιακά, το Σύμπαν ψύχθηκε και τα ηλεκτρόνια ενώθηκαν με πρωτόνια για να σχηματίσουν υδρογόνο. Το αποτέλεσμα ήταν η απελευθέρωση της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου (CMB), ένα από τα σημαντικότερα «αποτυπώματα» της πρώιμης εποχής του Σύμπαντος.
Σε περιοχές όπου το υδρογόνο ήταν πυκνότερο, υπό την επίδραση της βαρύτητας άρχισαν να σχηματίζονται τα πρώτα άστρα. Το φως από αυτά τα άστρα επανιονίζει σταδιακά το διάχυτο υδρογόνο, επηρεάζοντας την πόλωση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Αυτή η πόλωση αποτελεί κρίσιμο στοιχείο για την κατανόηση της πρώτης φάσης του Σύμπαντος.
Παρά τις σημαντικές συνεισφορές των διαστημικών αποστολών όπως το WMAP της NASA και το Planck του ESA, τα δεδομένα τους είχαν περιορισμούς λόγω του θορύβου και της αδυναμίας επαναρρύθμισης των δορυφόρων αφού βρεθούν σε τροχιά. Αντίθετα, το CLASS παρέχει τη δυνατότητα συνεχούς αναβάθμισης και βελτιστοποίησης από το έδαφος.
«Η ακριβέστερη μέτρηση αυτού του σήματος επανιονισμού αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά στοιχήματα στην έρευνα για το κοσμικό υπόβαθρο», εξηγεί ο Charles Bennett, καθηγητής φυσικής στο Johns Hopkins και επικεφαλής της αποστολής WMAP. «Συγκρίνοντας τα δεδομένα του CLASS με εκείνα των WMAP και Planck, εντοπίσαμε ένα κοινό σήμα πόλωσης, επιβεβαιώνοντας τη θεωρητική μας προσέγγιση».
Για τους ερευνητές, το Σύμπαν λειτουργεί σαν ένα τεράστιο εργαστήριο Φυσικής. Όπως λέει χαρακτηριστικά ο Bennett, «Κάθε νέα μέτρηση μας βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα τα μυστήρια του σκοτεινού υλικού και των νετρίνων — σωματιδίων που είναι παντού, αλλά δύσκολα ανιχνεύσιμα». Το επόμενο βήμα για την ομάδα είναι να προχωρήσει σε ακόμη πιο ακριβείς μετρήσεις με τα επερχόμενα δεδομένα του CLASS.
[via]
