초기 우주 연구: 우주 수소에서 찾기 힘든 21cm 선을 감지하기 위한 REACH 실험 

26 cm의 관찰 라디오 우주 수소의 초미세 전이로 인해 형성된 신호는 초기 연구에 대한 대안 도구를 제공합니다. 우주. 유아의 중립시대도 우주 빛이 방출되지 않았을 때 26cm 선은 아마도 유일한 창일 것입니다. 그러나 이들 적색편이는 라디오 우주 초기에 우주 수소에서 방출되는 신호 우주 극도로 약해서 지금까지 파악하기 어려웠습니다. 2018년 EDGE 실험에서는 26cm 신호가 감지되었다고 보고했지만 결과를 독립적으로 확인할 수는 없었습니다. 주요 문제는 장비의 체계성과 하늘의 다른 신호로 인한 오염이었습니다. REACH 실험은 병목 현상을 극복하기 위해 독특한 방법론을 사용하는 것입니다. 이 연구 그룹이 가까운 미래에 이러한 파악하기 어려운 신호를 확실하게 감지할 수 있기를 바랍니다. 성공할 경우 REACH 실험은 초기 연구에서 '26cm 전파 천문학'을 최전선으로 가져올 수 있습니다. 우주 초기의 미스터리를 푸는 데 많은 도움을 주세요. 우주. 

공부에 관해서라면 초기 우주, 최근 출시된 제품의 이름 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 우리 마음 속에 떠오릅니다. JWST, 엄청난 성공을 거둔 후계자 허블 망원경은 공간- 초기 별과 은하에서 형성된 광학/적외선 신호를 포착할 수 있는 적외선 관측소 우주 빅뱅 직후¹. 그러나, JWST 중립 시대의 신호를 포착하는 데는 몇 가지 제한이 있습니다. 초기 우주 걱정이다.  

표: 역사 속의 시대 우주 빅뱅 이후로  

(출처: 우주론의 철학 – 21cm 배경. http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

빅뱅 이후 최대 380만년까지, 우주 이온화된 가스로 채워져 있었고 완전히 불투명했습니다. 380억 400천만년에서 XNUMX억년 사이에, 우주 중립적이고 투명해졌습니다. 재이온화 시대는 빅뱅 이후 400억 시기에 시작된 이 단계 이후에 시작되었습니다.  

초기 중립 시대에는 우주, 때 우주 중성기체로 채워져 있고 투명하여 광신호가 방출되지 않습니다(따라서 암흑기라고 불림). 유니온화된 물질은 빛을 방출하지 않습니다. 이는 초기 연구에 어려움을 야기합니다. 우주 중립시대. 그러나 이 시대 동안 초미세 전이(평행 스핀에서 보다 안정적인 역평행 스핀으로)의 결과로 차가운 중성 우주 수소에서 방출되는 21cm 파장(1420MHz에 해당)의 마이크로파 복사는 연구자들에게 기회를 제공합니다. 이 21cm 마이크로파 복사는 지구에 도달하면 적색편이되며 200MHz~10MHz 주파수에서 전파로 관찰됩니다.^2,3.  

21cm 전파 천문학: 21cm 우주 수소 신호의 관찰은 초기 연구에 대한 대안적인 접근 방식을 제공합니다. 우주 특히 빛 방출이 전혀 없는 중립 시대 단계의 경우. 이는 또한 시간에 따른 물질 분포, 암흑 에너지, 암흑 물질, 중성미자 질량 및 인플레이션과 같은 새로운 물리학에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.².  

그러나 초기 우주 수소에서 방출되는 21cm 신호는 우주 단계는 파악하기 어렵습니다. 이는 극도로 약할 것으로 예상됩니다(하늘에서 나오는 다른 무선 신호보다 약 10만 배 더 약함). 결과적으로 이 접근 방식은 아직 초기 단계입니다.  

2018년에 연구원들은 원시 우주 수소가 방출하는 78센티미터 신호에 대한 예상과 대체로 일치하는 21MHz의 주파수에서 그러한 무선 신호를 탐지했다고 보고했습니다.⁴. 그러나 원시 21cm 무선 신호의 탐지는 독립적으로 확인할 수 없었기 때문에 지금까지 실험의 신뢰성을 확립할 수 없었습니다. 주요 문제는 전경 무선 신호의 오염인 것 같습니다.  

최신 이정표는 21년 2022월 21일 우주 수소 분석을 위한 전파 실험(REACH) 보고서입니다. REACH는 새로운 실험적 접근 방식을 사용하여 이러한 미약한 우주 전파 신호를 탐지함으로써 XNUMX센티미터 길이의 우주 신호 확인에 대한 새로운 희망을 제시할 것입니다.  

The Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) is a sky-averaged 21-cm experiment. This aims to improve observations by managing issues faced by instruments related to residual systematic signals in the data. It focusses on detecting and jointly explaining the systematics together with the foregrounds and the cosmological signal using Bayesian statistics. The 실험 involves simultaneous observations with two different antennas, an ultra-wideband system (redshift range about 7.5 to 28) and a receiver calibrator based on in-field measurements.  

이 개발은 최고의 도구 중 하나가 될 수 있는 잠재력을 고려할 때 중요합니다(그리고 비용면에서도 효과적입니다). 공간같은 기반 관측소 제임스 웹) 초기 연구를 위해 우주 새로운 기초물리학의 도래 가능성도 있습니다.  

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참조 :  

1. Prasad U., 2021.James Webb 우주 망원경(JWST): 초기 우주 연구에 전념한 최초의 우주 천문대. 과학적 유럽. 게시일: 6년 2021월 XNUMX일. http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/ 

2. Pritchard JA 및 Loeb A., 2012. 21세기의 21cm 우주론. 물리학의 진행 상황 보고서 75 086901. 이용 가능 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv에서 사전 인쇄 가능 https://arxiv.org/abs/1109.6012  pdf 버전  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. 옥스퍼드 대학교. 우주론의 철학 - 21cm 배경. 이용 가능 http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. 하늘 평균 스펙트럼에서 78MHz를 중심으로 하는 흡수 프로파일. 자연 555, 67–70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. 적색편이 z ≈ 21–7.5에서 28cm 수소 신호를 감지하기 위한 REACH 복사계. 냇 애스트론(2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. REACH 복사계로 유아 우주의 신비를 밝힙니다. 온라인에서 사용 가능  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

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