Deze illustratie van de European Space Agency toont het tijdperk van reïonisatie. Waar je naar kijkt, van links naar rechts:het oudste licht van het heelal, de eerste sterren, het reïonisatieproces en de eerste sterrenstelsels. ESA - C. Carreau
Astronomen hebben een kosmisch overblijfsel uit het begin der tijden ontdekt dat onthult wanneer de eerste sterren tot leven kwamen. Daarbij, ze hebben misschien een verleidelijke aanwijzing onthuld over hoe donkere materie ons vroege universum beïnvloedde.
Voordat we ingaan op wat dit relikwie is, we moeten terug naar een tijd net na de oerknal, die 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond. Vroeger, het universum was een kolkende hete puinhoop van plasma, een dichte verzameling sterk geladen (of geïoniseerde) deeltjes. Terwijl het plasma afkoelde en het heelal uitdijde, neutrale waterstof (het meest basale atoom bestaande uit een proton en een elektron) begon ongeveer 370 te vormen, 000 jaar nadat ons universum tot leven kwam. Eventueel, dit neutrale waterstofgas klonterde samen onder de zwaartekracht, wat leidde tot de vorming van de eerste sterren die uitbarsten met krachtige röntgenstralen.
Precies toen 'kosmische dageraad' plaatsvond, echter, stond open voor discussie. Het is zo lang geleden gebeurd, en dat eerste licht van die oude babysterren is veel te zwak om zelfs door het meest geavanceerde observatorium te worden gedetecteerd.
Een radioantenne ter grootte van een koelkast in West-Australië heeft echter geholpen om het debat te beslechten. Het maakt deel uit van het experiment om het wereldwijde tijdperk van reïonisatiehandtekening te detecteren, of RANDEN. In hun zoektocht naar de kosmische dageraad, de onderzoekers van het project zijn druk bezig geweest met het onderzoeken van een andere bron van oude straling, de kosmische microgolfachtergrond, of de CMB. Vaak de nagloed van de oerknal genoemd, deze straling vult het heelal en kan gedetecteerd worden, dus het is handig om het vroegste tijdperk van het bestaan van ons universum te onderzoeken.
Het allerbelangrijkste signaal:een duik in de tijd
Laten we teruggaan naar die vroege dagen van het universum. Terwijl de CMB-fotonen door de interstellaire neutrale waterstof reisden rond de tijd dat de eerste sterren tot leven kwamen, een vingerafdruk van stellaire geboorte was ingebed in deze fotonen. Miljarden jaren later, astronomen hebben zojuist zijn signaal gezien - een veelbetekenende "dip" op een specifieke frequentie.
"Dit is de eerste keer dat we een signaal van zo vroeg in het heelal hebben gezien, afgezien van de nagloed van de oerknal, " vertelde astronoom Judd Bowman aan Nature. Bowman, die werkt aan de Arizona State University in Tempe, leidde de studie die op 28 februari in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd.
Het vinden van dit signaal was geen gemakkelijke taak. De onderzoekers besteedden twee jaar aan het bevestigen en herbevestigen van hun bevindingen, proberen te bepalen of het signaal echt een venster was op de kosmische dageraad of ongelukkige ruis uit onze melkweg. Ze moesten zelfs nauwgezet radio-interferentie van menselijke activiteit op en nabij de aarde uitsluiten.
"Na twee jaar, we hebben al deze tests doorstaan, en kon geen alternatieve verklaring vinden, Bowman doorgegeven aan de natuur. Op dat moment, we begonnen opwinding te voelen."
Dat allerbelangrijkste signaal was een dip in de energie van de CMB met een frequentie van 78 megahertz. Dit is waarom:de krachtige röntgenstraling van de vroegste sterren veranderde het gedrag van het neutrale waterstofgas in de interstellaire ruimte. Daarbij, terwijl de CMB-fotonen door dit waterstofgas reisden, het absorbeerde een bepaalde frequentie - dus in plaats van te zoeken naar een specifieke emissie, astronomen hebben gezocht naar een specifiek type absorptie, of een bepaalde frequentie van CMB-straling die ontbrak. Deze dip kan alleen veroorzaakt zijn door de eerste röntgenuitbarstingen van de vroegste sterren.