Vandaag, sterren vullen de nachtelijke hemel. Maar toen het universum nog in de kinderschoenen stond, het bevatte helemaal geen sterren. En een internationaal team van wetenschappers is dichter dan ooit bij het detecteren, het meten en bestuderen van een signaal uit dit tijdperk dat door de kosmos reist sinds dat sterrenloze tijdperk zo'n 13 miljard jaar geleden eindigde.

Dat team, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Washington, de Universiteit van Melbourne, Curtin University en Brown University - meldden vorig jaar in de Astrofysisch tijdschrift dat het een bijna 10-voudige verbetering had bereikt van radio-emissiegegevens verzameld door de Murchison Widefield Array. Teamleden doorzoeken momenteel de gegevens van deze radiotelescoop in het afgelegen West-Australië op zoek naar een veelbetekenend signaal van deze slecht begrepen "donkere tijd" van ons universum.

Leren over deze periode zal helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over het universum van vandaag.

"We denken dat de eigenschappen van het universum tijdens dit tijdperk een groot effect hadden op de vorming van de eerste sterren en de structurele kenmerken van het universum van vandaag in gang hebben gezet, " zei teamlid Miguel Morales, een UW hoogleraar natuurkunde. "De manier waarop materie in die tijd in het universum werd verdeeld, heeft waarschijnlijk gevormd hoe sterrenstelsels en galactische clusters tegenwoordig worden verspreid."

Voor deze donkere eeuw, het universum was heet en dicht. Elektronen en fotonen strikten elkaar regelmatig, het universum ondoorzichtig maken. Maar toen het universum nog geen miljoen jaar oud was, elektron-foton-interacties werden zeldzaam. Het uitdijende heelal werd steeds transparanter en donkerder, zijn donkere eeuw begint.

Het sterloze tijdperk duurde honderden miljoenen jaren waarin neutrale waterstof — waterstofatomen zonder totale lading — de kosmos domineerden.

"Voor deze donkere tijd, natuurlijk is er geen op licht gebaseerd signaal dat we kunnen bestuderen om erover te leren - er was geen zichtbaar licht!" zei Morales. "Maar er is een specifiek signaal waarnaar we kunnen zoeken. Het komt van al die neutrale waterstof. We hebben dit signaal nog nooit gemeten, maar we weten dat het daarbuiten is. En het is moeilijk te detecteren, want in de 13 miljard jaar sinds dat signaal werd uitgezonden, ons universum is een zeer drukke plaats geworden, gevuld met andere activiteit van sterren, sterrenstelsels en zelfs onze technologie die het signaal van de neutrale waterstof overstemt."

Het 13 miljard jaar oude signaal waar Morales en zijn team naar op zoek zijn, is elektromagnetische radiostraling die de neutrale waterstof uitstraalde met een golflengte van 21 centimeter. Het heelal is sindsdien uitgebreid, het signaal uitrekken tot bijna 2 meter.

Dat signaal moet informatie bevatten over de donkere tijd en de gebeurtenissen die er een einde aan maakten, zei Morales.

Toen het heelal nog maar 1 miljard jaar oud was, waterstofatomen begonnen te aggregeren en vormden de eerste sterren, einde te maken aan de donkere tijd. Het licht van die eerste sterren luidde een nieuw tijdperk in - het Tijdperk van Reionisatie - waarin de energie van die sterren veel van de neutrale waterstof omzet in een geïoniseerd plasma. Dat plasma domineert tot op de dag van vandaag de interstellaire ruimte.

"Het tijdperk van reïonisatie en de donkere eeuw die eraan voorafgaat, zijn kritieke perioden voor het begrijpen van kenmerken van ons universum, zoals waarom we sommige regio's gevuld hebben met sterrenstelsels en andere relatief leeg, de verdeling van materie en mogelijk zelfs donkere materie en donkere energie, ' zei Morales.

De Murchison Array is het belangrijkste hulpmiddel van het team. Deze radiotelescoop bestaat uit 4, 096 dipoolantennes, die laagfrequente signalen kan opvangen, zoals de elektromagnetische signatuur van neutrale waterstof.

Maar dat soort laagfrequente signalen zijn moeilijk te detecteren vanwege elektromagnetische "ruis" van andere bronnen die rond de kosmos stuiteren, inclusief sterrenstelsels, sterren en menselijke activiteit. Morales en zijn collega's hebben steeds geavanceerdere methoden ontwikkeld om deze ruis uit te filteren en dichter bij dat signaal te brengen. in 2019, de onderzoekers kondigden aan dat ze elektromagnetische interferentie hadden weggefilterd - ook van onze eigen radio-uitzendingen - uit meer dan 21 uur aan Murchison Array-gegevens.

Vooruit gaan, het team heeft ongeveer 3, 000 uur aan extra emissiegegevens verzameld door de radiotelescoop. De onderzoekers proberen interferentie uit te filteren en nog dichter bij dat ongrijpbare signaal van neutrale waterstof te komen - en de donkere leeftijd die het kan verlichten.