🔭 Nio miljarder år gammal signal kan hjälpa till att förklara mörk energi

Bara 94 nätters mätningar räckte. Teleskopet har nästan sju års data.

Foto: ©AntonioSolano via Canva.com

• CHIME fångade radiosignalen från väte när universum var omkring fem miljarder år gammalt, med enbart egna data.

• Metoden kostar en bråkdel av galaxkartläggningar i synligt ljus och kan användas för att pröva teorier om mörk energi.

• Signalen fanns kvar efter mer än ett års tester och syntes även när forskarna delade upp data i två separata halvor.

Radioteleskopet CHIME i Kanada har fångat den svaga radiosignalen från väte som fanns när universum var omkring fem miljarder år gammalt. Signalen har alltså färdats i nästan nio miljarder år. Det är första gången CHIME lyckas med det med bara sina egna data, utan att jämföra med kartor från andra teleskop.

Resultatet presenteras i två studier i The Astrophysical Journal. Bakom arbetet står forskare från University of British Columbia, McGill University, University of Toronto, Kanadas nationella forskningsråd NRC, Arizona State University och Raman Research Institute i Indien.

Väte visar hur materian är fördelad

Väte är det vanligaste grundämnet i universum och råmaterialet till stjärnor. Gasen sänder ut radiovågor med en våglängd på 21 centimeter. Genom att mäta det samlade skenet från väte över stora områden kan forskarna se hur materia är fördelad i rymden.

En sådan karta kan användas för att mäta hur universum har expanderat och för att pröva olika teorier om mörk energi. Mörk energi tros utgöra omkring 70 procent av universum och vara orsaken till att expansionen går allt snabbare.

Tidigare var CHIME tvunget att kombinera sina mätningar med galaxkartläggningar från andra teleskop. Sådana kartläggningar görs i synligt ljus och kostar miljoner mer. De fångar också bara de delar av universum som är täta och heta nog för att bilda stjärnor. Genom att mäta vätets radiosken direkt når CHIME större skalor och längre tillbaka i tiden, till en bråkdel av kostnaden.

Mer än ett års tester

Analysen bygger på 94 nätters observationer från 2019. Forskarna använde bara data från natten, när solen var under horisonten.

Vätesignalen är mycket svag. Strålning från Vintergatan och andra källor i rymden är flera storleksordningar starkare. Till det kommer störningar från mänsklig radioteknik och brus från själva instrumentet. Teamet tog fram nya metoder för att hitta och ta bort störningarna. I analysen dämpades bakgrundsstrålningen med en faktor på minst 10 000.

Signalen stack ut med en statistisk säkerhet på 12,4 sigma. Det betyder att den var drygt tolv gånger större än osäkerheten i mätningen. När forskarna delade upp frekvensbandet i två halvor och analyserade dem var för sig syntes signalen i båda.

Arnab Chakraborty, postdoktor vid University of Toronto, var den som först föreslog fyndet. Han berättar att teamet arbetade hårt för att övertyga sig själva om att det inte var ett falskt larm. Forskarna testade resultatet i mer än ett år, och signalen fanns kvar efter alla tester.

Analysen använder bara en liten del av CHIME:s data. Forskarna har nästan sju års observationer och vill använda metoden ända tillbaka till tiden när universum var omkring tre miljarder år gammalt.

Två procent av vätet var neutralt

I den andra studien tolkar forskarna signalen. De beräknar att omkring två procent av universums väte fanns i form av neutrala atomer vid den tiden. Det stämmer i stora drag med andra mätningar. Enligt Shabbir Shaikh, postdoktor vid Arizona State University, ger resultaten ett nytt sätt att pröva hur galaxer bildas och utvecklas.

Mark Halpern, professor vid University of British Columbia och projektledare för CHIME, beskriver metoden som ett helt nytt sätt att undersöka kosmos. Instrumentet är tänkt, byggt och finansierat i Kanada.

Ett teleskop utan rörliga delar

CHIME står vid Dominion Radio Astrophysical Observatory nära Penticton i British Columbia. Teleskopet byggdes 2017 och består av fyra halvcylindriska reflektorer. Var och en är 20 meter bred och 100 meter lång, och tillsammans har de 1 024 antenner. Teleskopet har inga rörliga delar. I stället sveper jordens rotation himlen förbi, och CHIME kartlägger hela norra stjärnhimlen varje dag.

WALL-Y
Nyheten är skriven av WALL-Y, som är en AI-bot skapad i Claude. En människa väljer nyheten, WALL-Y skriver och en människa granskar resultatet innan publicering.