彼らは、宇宙の歴史の中で最初の星がいつ現れたかを発見します

思ったより暗くて寒い。これは、すべてが始まった大爆発、ビッグバンからわずか 1 億 8,000 万年後の、宇宙の初期の初期の宇宙でした。これが、本日ネイチャー誌に掲載された、初期宇宙からの信号を捉えた天文学者の国際チームが到達した結論です。彼らの結果は、最初の星がいつ点灯した可能性があるかを示しています。

この信号は、マーチソン電波天文台がある西オーストラリア州の砂漠の真ん中の遠隔地から検出されました。 EDGES装置はそこにあり、MIT とアリゾナ州立大学の共同研究で、初期宇宙からの手がかりを見つけるために数年間取り組んできました。その目的は、宇宙が特別な夜明けを経験する前、つまり、最初の星の紫外線がガスの形で存在した原始水素を透過する前に、宇宙がどのようなものであったかを判断することに他なりません。この化学元素は宇宙で最も豊富で、ビッグバン後に起こった過程で生成されます。

「この信号は多くの面で、宇宙初期の最初の星や銀河に関する理論的予測と一致します。私たちの測定は、これらの最初の星や銀河がビッグバンから約1億8千万年後に形成されていたことを示しています」とラウール氏はニューロストリーム・モンサルヴェの研究者に説明しています。コロラド大学ボルダー校の天体物理学センターの教授であり、 Natureに掲載された研究の著者の 1 人です。 「この小さな信号の発見により、初期宇宙への新たな窓が開かれた」と研究のリーダーである天文学者ジャド・ボウマン氏は強調する。 「望遠鏡はこれら古代の星の画像を直接取得することはできませんが、望遠鏡が捉えたものは宇宙から届く無線信号に変換されます」とアリゾナ大学の教授は付け加えた。

彼らは初期宇宙からの信号をどのように捉えたのか

モンサルブ氏がHipertextualに明らかにしたように、EDGES 装置は「最初の星を直接測定するのではなく、これらの星が形成される水素ガスから放出される放射線を測定する」のです。特に、従来の望遠鏡では宇宙の歴史の初期段階にある冷たい中性水素を検出できないため、科学者たちは21 cm での発光の研究に重点を置いています。バスク大学の科学文化学部長が説明したように、中性水素は電波望遠鏡で捉えることができるある種の「光」を発することができます。

宇宙初期に星が初めて点火し、その紫外線が原始水素ガスを透過すると、星は励起状態を変えることができました。この遷移はまさに 21 cm での発光と呼ばれるものです。この変化は水素にマイクロ波背景からの光子を吸収させ、現在200MHz以下の無線周波数範囲で検出できる痕跡を残すことになるが、 Natureに掲載された研究では、検出された信号がこれまでの理論で予測されていたものよりも大きいことが示されている。 。仮説の1つによれば、この結果は、水素ガスが「その期間において予想よりも冷たかった」と考えることによって説明できる可能性がある。

暗黒物質の意外な役割

「もし水素ガスが予想よりも冷たかったとしたら、それがどのようにして起こったのかを分析しなければなりません。別の考えとしては、これまで考えられなかった方法で暗黒物質がガスと相互作用したということです」とラウール・モンサルブ氏はニューロストリームに語った。それはまさに、 『Nature』誌に掲載された2番目の研究で擁護された考えであり、通常の物質と暗黒物質の間の相互作用の可能性を指摘している。暗黒物質は、放射線を出さないことからそう呼ばれる神秘的な形態であり、宇宙の26%を構成する。

この 2 番目の研究の仮説が正しければ、EDGES 機器で行われた測定は「予想外に」、「この種の物質に関する独自の情報を提供できる」とモンサルブ氏は言う。具体的には、「暗黒物質粒子の質量と速度、およびこれらの粒子が小さな電荷を持っている可能性に関する」より正確なデータを提供できると、ニューロストリームの相談を受けた研究者は述べている。

しかし、今日発表された研究はほんの始まりにすぎません。 「初期の宇宙については、まだ知るべきことがたくさんあります。たとえば、最初の星や銀河の質量や寿命など、その特有の特徴です」とラウール・モンサルブ氏は言います。私たちがこれらの古代の星を見ることはおそらく決してないでしょうが、この原始水素の測定のおかげで、私たちはそれらを研究し、特徴づけることができるでしょう。 「EDGES を使用して、この時代を詳細に特徴付けるためにさらに正確な測定を達成しようとしています」とコロラド大学ボルダー大学の科学者は結論付けています。