Từ lâu, hàng triệu năm trước khi ngôi sao đầu tiên xuất hiện, toàn bộ vũ trụ là một biển bóng tối.
Bắt đầu khoảng 400.000 năm sau Vụ nổ lớn và kéo dài hàng trăm triệu năm, cái gọi là thời kỳ đen tối của vũ trụ đã đánh dấu lần cuối cùng khi không gian trống thực sự trống rỗng; không hành tinh, không mặt trời, không thiên hà, không sự sống - chỉ là một màn sương mù của các nguyên tử hydro được tạo ra bởi Vụ nổ lớn và rời đi để chìm trong bóng tối.
Ngày nay, các kính viễn vọng trên khắp thế giới đang cố gắng nhìn thoáng qua hydro nguyên thủy đó (được gọi là hydro trung tính) để xác định thời điểm khi thời kỳ đen tối cuối cùng kết thúc và các thiên hà đầu tiên hình thành. Trong khi những nguyên tử cổ xưa đó vẫn còn khó nắm bắt, một nhóm các nhà nghiên cứu ở vùng hẻo lánh của Úc có thể đã đến gần để tìm thấy chúng hơn bao giờ hết.
Theo nghiên cứu mới được công bố trên cơ sở dữ liệu in sẵn arXiv và sắp xuất hiện trên Tạp chí Vật lý thiên văn, các nhà thiên văn học đã sử dụng kính viễn vọng vô tuyến Murchison Widefield Array (MWA) để nhìn sâu vào quá khứ vũ trụ để tìm kiếm bước sóng đặc trưng của hydro. Họ đã không tìm thấy những gì họ đang tìm kiếm - tuy nhiên, bằng cách sử dụng các cài đặt mới trên mảng được cập nhật gần đây của kính viễn vọng, nhóm nghiên cứu đã xác định giới hạn thấp nhất từng có đối với cường độ tín hiệu của hydro trung tính.
"Chúng tôi có thể tự tin nói rằng nếu tín hiệu hydro trung tính mạnh hơn giới hạn chúng tôi đặt ra trong bài báo, thì kính viễn vọng sẽ phát hiện ra nó", Jonathan Pober, phó giáo sư vật lý tại Đại học Brown, nói. Đảo Rhode. Điều đó có nghĩa là việc săn lùng các phân tử cổ này vẫn còn tiếp diễn, và bây giờ các nhà nghiên cứu biết rằng dấu chân của hydro trung tính thậm chí còn mờ nhạt hơn dự đoán.
Các nguyên tử đầu tiên
Năng lượng chảy qua vũ trụ sơ khai mạnh đến mức mọi nguyên tử đều bị các electron của nó xé toạc, mang lại cho chúng một điện tích dương. Nguyên tử đầu tiên trong số đó là ion hydro tích điện dương. Trải qua hàng trăm ngàn năm, vũ trụ đã nguội lạnh và mở rộng đủ để các ion hydro này lấy lại các electron của chúng, trở thành trung tính một lần nữa. Những nguyên tử hydro trung tính này được cho là đặc điểm nổi bật của thời kỳ đen tối vũ trụ. (Cuối cùng, khi đủ chúng kết tụ lại với nhau để tạo thành những ngôi sao đầu tiên, các nguyên tử lại bị ion hóa lại bởi năng lượng tỏa ra từ những ngôi sao đó.)
Các nhà khoa học biết rằng hydro trung tính phát ra bức xạ ở bước sóng 21 cm - tuy nhiên, khi vũ trụ đã giãn nở trong 12 tỷ năm qua, những bước sóng đó cũng bị kéo dài ra. Các tác giả của nghiên cứu mới ước tính rằng bước sóng của hydro trung tính đã kéo dài đến khoảng 2 mét - và đó là tín hiệu họ tìm kiếm trên bầu trời để sử dụng MWA.
Vấn đề là, có nhiều nguồn (cả nhân tạo và thiên thể) tỏa ra ở cùng bước sóng.
"Tất cả các nguồn khác này đều có nhiều bậc mạnh hơn tín hiệu chúng ta đang cố gắng phát hiện", Pober nói. "Ngay cả tín hiệu radio FM phản xạ từ một chiếc máy bay tình cờ vượt qua kính viễn vọng cũng đủ làm nhiễm bẩn dữ liệu."
Vì vậy, Pober và các đồng nghiệp đã viết một bộ phương trình để xác định và loại bỏ các chất gây ô nhiễm này trong các quan sát của họ. Sau khi chụp hơn 1.200 bức ảnh chụp bằng sóng vô tuyến trên bầu trời, các nhà nghiên cứu xác định rằng mọi dấu vết phát thải 2 mét mà họ tìm thấy đến từ một nơi khác ngoài hydro trung tính mà họ đang tìm kiếm.
Trong khi tín hiệu nguyên tử được đánh giá cao vẫn chưa được khám phá, nghiên cứu mới đã thành công trong việc thu hẹp những tìm kiếm trong tương lai đối với hydro trung tính sẽ như thế nào. Theo các nhà nghiên cứu, những kết quả này tạo ra một trường hợp mạnh mẽ rằng các thí nghiệm của MWA đang dẫn đầu cuộc săn lùng này đi đúng hướng. Với nghiên cứu sâu hơn, những di tích cuối cùng của thời kỳ đen tối vũ trụ có thể sớm được đưa ra ánh sáng.
