Κοσμική ανίχνευση του πρώιμου σύμπαντος με 10.000 κοινές κεραίες

Πηγή: Scientific American, Νοέμβριος 2005

Στην αρχή, το σύμπαν ήταν ένα κενό γεμάτο της ενέργειας αλλά χωρίς μορφή. Και έτσι παρέμεινε για πολλά εκατομμύρια χρόνια. Αλλά για πόσο παραμένει ακόμα ένα μεγάλο μυστήριο της κοσμολογίας. Μέχρι που φάνηκαν τα πρώτα αστέρια από τη συμπύκνωση του αερίου και της σκόνης και φωτίστηκαν μπλε από τις πυρηνικές αντιδράσεις. 

Τα τηλεσκόπια είναι ακριβώς όπως οι χρονικές μηχανές: Όσο μακρύτερα κοιτάζουν τόσο πιο πίσω χρονικά πάνε. Ωστόσο ακόμη και τα καλύτερα οπτικά τηλεσκόπια δεν μπορούν να καταλάβουν πως ήταν το Σύμπαν σε ηλικία μικρότερη του 1 δισεκατομμυρίου ετών. Πριν από αυτή την εποχή οι πρώτοι φάροι του σύμπαντος - τα πρώτα άστρα - ήταν 'τυλιγμένα' από μια ελαφρά ομίχλη του ουδέτερου αερίου υδρογόνου.

Ένα νέο τηλεσκόπιο με την ονομασία Primeval Structure Telescope (PaST), που κατασκευάζεται σε ένα υψηλό απομονωμένο οροπέδιο - Ulastai - της Δυτικής Κίνας, ετοιμάζεται να μας δώσει σύντομα εικόνες από αυτήν την μορφογενετική εποχή της κοσμολογίας. Και μάλιστα πολύ φθηνά, γιατί τα βασικά εξαρτήματα είναι συνηθισμένες κεραίες της τηλεόρασης.

Το κόστος της διάταξης αυτής είναι μόνο 3 εκατομμύρια δολάρια, ενώ το πρόγραμμα εγκαινιάστηκε στην Κίνα το 2003.

Ενώ το PaST θεωρείται τηλεσκόπιο κανονικά είναι μια διάταξη πειράματος. Και τον επόμενο χρόνο που θα λειτουργήσει θα μας δώσει αμέσως αρκετά δεδομένα για να απαντήσουμε στα καίρια ζητήματα της αστροφυσικής. Αυτό δήλωσε ο Jeffrey Peterson του ππανεπιστήμιου Carnegie Mellon. Όμως η ανάλυση των δεδομένων μπορεί να κρατήσει χρόνια, γιατί η διάταξη είναι ένας δέκτης πάρα πολύ μεγάλης ευαισθησίας.

Το PaST θα συνδυάζει τα ραδιοσήματα 10.000 κεραιών - τακτοποιημένων σε σειρές  μήκους τριών χιλιομέτρων. Η κάθε μία κεραία κοστίζει μόνο 20 δολάρια. Ομοαξονικά καλώδια θα παίρνουν τα σήματα από πολλές κεραίες και θα τροφοδοτούν 320 συνηθισμένους υπολογιστές Pentium, τρέχοντας το ελεύθερο λογισμικό Linux. Οι υπολογιστές θα συγχωνεύουν τα στοιχεία για να παραγάγουν μια υψηλής ευκρίνειας εικόνα ενός τμήματος του ουρανού 10 μοιρών, κοντά στον Πολικό Αστέρα.

Πραγματικά η λέξη "εικόνα" δεν είναι η σωστή λέξη, επειδή η διάταξη PaST θα καταγράψει χιλιάδες ταυτόχρονα σήματα εντός του φάσματος VHF. Οι επιστήμονες γράφουν το κατάλληλο λογισμικό για να απομακρύνουν τα χωρίς ενδιαφέρον σήματα - όπως είναι εκείνα από τους τηλεοπτικούς σταθμούς, τους μετεωρίτες και τις μαύρες τρύπες στα κέντρα των απόμακρων γαλαξιών, με σκοπό να αποκαλύψουν ένα είδος τρισδιάστατης ανίχνευσης του πρόωρου σύμπαντος, που όπως προβλέπουν οι θεωρητικοί φυσικοί βρίσκεται θαμμένο, ή κρυμμένο καλύτερα, μέσα στο θόρυβο.

Καθώς τα πρώτα αστέρια άρχισαν να λάμπουν, το υπεριώδες φως τους διέγειρε τα ουδέτερα άτομα του υδρογόνου γύρω τους, αναγκάζοντας το αέριο να εκπέμψει ένα εξασθενημένο ραδιοσήμα 1.420 MHertz. Και όταν η λάμψη των άστρων εντάθηκε, απογύμνωσε τελικά τα υδρογόνα από τα ηλεκτρόνια, ιονίζοντας τα άτομα.

Αλλά όσο περνούσε ο χρόνος η διαστολή του σύμπαντος αύξησε το μήκος των αρχαίων ραδιοκυμάτων, άρα μειώθηκαν οι συχνότητές τους κατά ένα ποσό ανάλογο προς την ηλικία τους. Οι αστρονόμοι μπορούν έτσι να παρατηρήσουν μια ιδιαίτερη στιγμή στον χρόνο και μία συγκεκριμένη θέση στο διάστημα "συντονίζοντας" το δέκτη τους στην κατάλληλη συχνότητα.

"Μοιάζει λίγο με την αρχαιολογία", λέει ο Abraham Loeb του Σμιθσονιτικού Κέντρου Αστροφυσικής του Χάρβαρντ. "Μπορούμε να τεμαχίσουμε τον Κόσμο και να δούμε ολοένα και περισσότερα αρχαία στρώματα, καθώς πηγαίνουμε βαθύτερα" .

Οι αστρονόμοι αναμένουν ότι το PaST θα αποκαλύψει μια ομοιόμορφη ελαφριά ομίχλη της ακτινοβολίας του ουδέτερου υδρογόνου, περίπου, 200 εκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, που θα διακόπτεται όλο και περισσότερο από φυσαλίδες ιονισμένου - και γι αυτό σκοτεινού - υδρογόνου που περιέβαλλε τα πρώτα αστέρια. Οι προσομοιώσεις προτείνουν ότι αυτά τα κελύφη κατόπιν συνδέθηκαν, όπως οι τρύπες σε μια γραβιέρα, σχηματίζοντας σήραγγες. Η αχλύς του ουδέτερου υδρογόνου βαθμιαία διαλύθηκε σε περιπλανώμενα δακτυλίδια καπνού, ενώ εξαφανίστηκαν για πάντα μέσα στο πρώτο δισεκατομμύριο της ζωής του σύμπαντος, αφήνοντας μας με το διαφανές διάστημα που βλέπουμε σήμερα.

Αυτή η ιστορία θα παραμείνει συγκεχυμένη μέχρις ότου το PaST ή ένα ανταγωνιστικό παρατηρητήριο μας προσφέρει περισσότερη σαφήνεια σε αυτή την ιστορία. Και γεννηθήτω φως!

Υπάρχουν όμως και ανταγωνιστικά παρόμοια προγράμματα . Ένα τέτοιο είναι το LOFAR με 15.000 κεραίες στην Ολλανδία που τώρα είναι στη φάση της κατασκευής. Κοστίζει 65 εκατομμύρια δολάρια και το μειονέκτημα του είναι ότι βρίσκεται κοντά σε περιοχή υψηλού ραδιοθορύβου.

Επίσης, είναι και το Widefield Mileura (MWA): Μια συστοιχία 8.000 κεραιών στο εσωτερικό της Αυστραλίας. Κόστος: 10 εκατομμύρια δολάρια. Μειονεκτήματα: Δεν έχει εγκριθεί ακόμα από το Αμερικανικό Εθνικό Ίδρυμα Επιστήμης.