Iată când s-au născut primele stele din univers

Pentru prima dată, oamenii de știință ar fi putut detecta indicii ale răsăritului primordial al universului, când primele licăriri de lumină a stelelor au apărut în cosmos.

Stelele au început să lumineze cerurile cu aproximativ 180 de milioane de ani după nașterea universului, raportează cercetătorii în 1 martie. Natură. Acest „zori cosmic” și-a pus amprenta asupra hidrogenului gazos care înconjura stelele (SN: 6/8/02, str. 362). Acum, se pare că o antenă radio a captat semnătura rezultată.

„Este un rezultat extraordinar de interesant. Este prima dată când am avut posibil o privire asupra acestei ere a istoriei cosmice”, spune cosmologul observator H. Cynthia Chiang de la Universitatea KwaZulu-Natal din Durban, Africa de Sud, care nu a fost implicat în cercetare.

Cele mai vechi galaxii văzute direct cu telescoapele și-au trimis lumina stelară semnificativ mai târziu: câteva sute de milioane de ani după Big Bang, care a avut loc acum aproximativ 13,8 miliarde de ani. Noua observație a folosit o tehnică, în curs de dezvoltare de peste un deceniu, care se bazează pe sondarea gazului de hidrogen care a umplut universul timpuriu. Această abordare este promițătoare pentru viitorul cosmologiei: măsurători mai avansate pot dezvălui în cele din urmă detalii despre universul timpuriu în epocile sale cele mai greu de observat.

Dar experții spun că rezultatul necesită o confirmare suplimentară, în special pentru că semnătura nu este pe deplin de acord cu predicțiile teoretice. Semnalul – o scădere a intensității undelor radio pe anumite frecvențe – a fost de două ori mai puternic decât era de așteptat.

Semnalul observat neașteptat de mare sugerează că hidrogenul gazos a fost mai rece decât se prevedea. Dacă este confirmată, această observație ar putea sugera un nou fenomen care are loc în universul timpuriu. O posibilitate, sugerată într-o lucrare însoțitoare în Natură de către astrofizicianul teoretic Rennan Barkana de la Universitatea din Tel Aviv, este că hidrogenul a fost răcit datorită noilor tipuri de interacțiuni dintre hidrogen și particulele de materie întunecată, o substanță misterioasă care alcătuiește cea mai mare parte a materiei din univers.

Dacă interpretarea este corectă, „este foarte posibil ca acest lucru să merite două premii Nobel”, spune astrofizicianul teoretic Avi Loeb de la Universitatea Harvard, care nu a fost implicat în lucrare. Un premiu ar putea fi acordat pentru detectarea semnăturii zorilor cosmice și altul pentru implicațiile materiei întunecate. Dar Loeb își exprimă rezerve cu privire la rezultat: „Ceea ce mă face puțin nervos este faptul că [signal] ceea ce văd ei nu seamănă cu ceea ce ne așteptam.”

Pentru a crește încrederea oamenilor de știință, rezultatul trebuie verificat prin alte experimente și teste suplimentare, spune cosmologul teoretic Matias Zaldarriaga de la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, NJ. Mai multe alte eforturi de detectare a semnalului sunt deja în curs.

Cosmologul experimental Judd Bowman de la Universitatea de Stat din Arizona din Tempe și colegii lor și-au tachinat dovezile pentru primele stele din impactul pe care l-a avut lumina asupra hidrogenului gazos. „Nu vedem lumina stelelor în sine. Vedem indirect efectul pe care l-ar fi avut lumina stelelor” asupra mediului cosmic, spune Bowman, colaborator la Experimentul de Detectare a Epocii Globale a Semnăturii Reionizării, EDGES, care a detectat urmele stelelor.

ÎNTOARCE ROATA Detectarea semnăturii primelor stele a necesitat o antenă radio de dimensiunea unui tabel (prezentat), situată în vestul Australiei, departe de sursele artificiale de unde radio. Brett Hiscock și Lou Puls/CSIRO Australia

Prăbușindu-se din buzunarele dense de hidrogen gazos la începutul istoriei universului, primele stele au pâlpâit, emițând lumină ultravioletă care a interacționat cu hidrogenul din jur. Lumina stelelor a modificat proporția atomilor de hidrogen găsiți la diferite niveluri de energie. Această schimbare a făcut ca gazul să absoarbă lumină cu o anumită lungime de undă, aproximativ 21 de centimetri, din fundalul cosmic cu microunde – strălucirea rămasă de la aproximativ 380.000 de ani după Big Bang (SN: 21.3.15, str. 7). Ca rezultat, a apărut o scădere distinctă a intensității luminii la acea lungime de undă.

De-a lungul timpului, lungimea de undă a acelei lumini a fost extinsă la câțiva metri prin expansiunea universului, înainte de a fi detectată pe Pământ ca unde radio. Observarea cantității de întindere care a avut loc în lumină a permis cercetătorilor să identifice cât timp după Big Bang lumina a fost absorbită, dezvăluind când s-au aprins primele stele.

Totuși, detectarea scăderii slabe a fost o provocare: alte surse cosmice, cum ar fi Calea Lactee, emit unde radio la niveluri mult mai ridicate, care trebuie luate în considerare. Și pentru a evita interferențele de la sursele de pe Pământ – cum ar fi posturile de radio FM – Bowman și colegii și-au instalat antena de dimensiunea unei mese departe de civilizație, la Observatorul de radioastronomie Murchison din vestul Australiei.

Oamenii de știință speră să folosească tehnici similare cu instrumente viitoare, mai avansate, pentru a cartografi unde au început să se formeze stelele pe cer și pentru a dezvălui alte perioade timpurii din istoria universului. „Acesta este într-adevăr primul pas în ceea ce va deveni un domeniu nou și interesant”, spune Bowman.