이미지 크레디트 : NASA
초기 우주를 연구하려는 천문학 자들은 근본적인 문제에 직면 해 있습니다. 첫 번째 별이 불을 밝히기 전에“어두운 시대”에 존재했던 것을 어떻게 관찰합니까? 이론가 Abraham Loeb와 Matias Zaldarriaga (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)가 해결책을 찾았습니다. 그들은 천문학 자들이 던지는 그림자를 찾아서 초기 우주에서 첫 번째 원자를 탐지 할 수 있다고 계산했다.
그림자를 보려면 관측자는 우주 시대의 전자기파 배경 (CMB) – 재결합 시대에서 남은 방사선을 연구해야합니다. 우주가 약 3 억 7 천년이되었을 때, 전자와 양성자가 결합하여 중성 수소 원자로 재결합하여 빅뱅의 유물 CMB 방사선이 지난 130 억년 동안 우주를 가로 질러 거의 방해받지 않고 여행 할 수있었습니다.
시간이 지남에 따라, CMB 광자 중 일부는 수소 가스 덩어리에 부딪쳐 흡수되었다. 천문학자는 광자가 적은 영역 (수소로 가리는 영역)을 찾아서 초기 우주에서 물질의 분포를 결정할 수 있습니다.
로브 교수는“전자 레인지에 각인 된 엄청난 양의 정보가 우주의 초기 상태에 대해 매우 정밀하게 알려줄 수있다”고 말했다.
인플레이션과 암흑 물질
CMB 광자를 흡수하려면 수소 온도 (특히 여기 온도)가 CMB 방사선의 온도보다 낮아야합니다. 이는 우주가 2 천만에서 1 억년 사이 일 때만 존재했던 조건입니다 (유대 연령 : 137 억 년). 우연히도 이것은 별이나 은하가 형성되기 훨씬 전에 소위 "암흑기"로 독특한 창을 열어줍니다.
CMB 그림자를 연구하면 천문학자는 이전에 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) 위성과 같은 기기를 사용했을 때보 다 훨씬 작은 구조를 관찰 할 수 있습니다. 그림자 기술은 오늘날 우주에서 30,000 광년 정도의 작은 수소 덩어리 또는 원시 우주에서 300 광년에 해당하는 수소 덩어리를 탐지 할 수 있습니다. (우주가 확장됨에 따라 규모가 커졌습니다.) 이러한 해상도는 WMAP 해상도보다 1000 배 더 좋습니다.
“이 방법은 초기 우주의 물리학, 즉 물질 분포의 변동이 발생한 것으로 여겨지는 인플레이션 시대를 보여줍니다. 또한 우리는 중성미자 또는 미지의 입자 유형이 우주의 '암흑 물질'의 양에 실질적으로 기여하는지 여부를 확인할 수있었습니다. 인플레이션의 시대와 암흑 물질에서 일어난 이러한 질문은 우주의 본질에 대한 근본적인 통찰력을 얻을 수있는 현대 우주론의 주요 문제이다.
관찰 도전
수소 원자는 21 센티미터 (8 인치)의 특정 파장에서 CMB 광자를 흡수합니다. 우주의 팽창은 파장이 길어지고 적색 편이 현상 (더 긴 파장이 더 붉기 때문에)으로 나타납니다. 따라서 초기 우주에서 21cm의 흡수를 관찰하려면 천문학자는 전자기 스펙트럼의 무선 부분에서 6 ~ 21 미터 (20 ~ 70 피트)의 더 긴 파장을 봐야합니다.
포 그라운드 스카이 소스의 간섭으로 인해 무선 파장에서 CMB 그림자를 관찰하기가 어려울 수 있습니다. 정확한 데이터를 수집하기 위해 천문학 자들은 LOFAR (Low Frequency Array) 및 SKA (Square Kilometer Array)와 같은 차세대 무선 망원경을 사용해야합니다. 관찰은 도전이 될 수 있지만 잠재적 인 보상은 크다.
“정보를 추출하기 위해 대기중인 금광이 있습니다. 전체 탐지가 실험적으로 어려울 수 있지만, 탐지 기능이 존재하고 있으며 가까운 시일 내에 측정을 시도 할 수 있다는 사실을 아는 것이 좋습니다.”라고 Loeb은 말했습니다.
이 연구는 다가오는 Physical Review Letters에 실릴 예정이며 현재 http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134에서 온라인으로 볼 수 있습니다.
하버드-스미소니언 천체 물리학 센터는 매사추세츠 케임브리지에 본사를 둔 Smithsonian 천체 물리 관측소와 하버드 대학 천문대 사이의 공동 협력입니다. 6 개의 연구 부서로 구성된 CfA 과학자들은 우주의 기원, 진화 및 궁극적 운명을 연구합니다.
원본 출처 : Harvard CfA 뉴스 릴리스
