„Am crezut că este imposibil”: Telescoapele au surprins prima lumină din univers… de pe Pământ!

Ce-ar fi dacă am putea observa universul așa cum era… acum mai bine de 13 miliarde de ani? Exact asta a realizat o echipă de astrofizicieni, datorită unui telescop terestru situat în Anzii chilieni. Pentru prima dată de la sol, cercetătorii au măsurat amprenta lăsată de primele stele asupra radiației fosile a Big Bang-ului – o performanță despre care se credea anterior că este rezervată sateliților.

Situat la o altitudine de peste 5.000 de metri, telescopul CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor) scanează cerul de pe înălțimile deșertului Atacama. Misiunea sa: să detecteze variații minuscule ale radiației fosile de microunde a universului, mai cunoscută sub numele de fundal cosmic de microunde. Această radiație este rămășița primei lumini emise după Big Bang, la puțin mai puțin de 400.000 de ani după acest eveniment fondator. Totuși, această lumină a fost modificată mai târziu în istoria universului – în special în timpul Zorilor Cosmice (Cosmic Dawn), o perioadă încă în mare parte misterioasă, când s-au format primele stele. CLASS a reușit să investigheze această perioadă crucială, captând un semnal slab, dar semnificativ: polarizarea acestei lumini antice, dezvăluind un univers în mijlocul transformării.

Să ne uităm puțin la istoria cosmică. Imediat după Big Bang, universul era fierbinte, dens și, mai presus de toate, opac. Electronii liberi au împiedicat circulația luminii. Apoi, pe măsură ce s-au răcit, electronii s-au combinat cu protonii pentru a forma atomi de hidrogen: aceasta este recombinarea. În acel moment, lumina a putut să se propage liber. Această radiație – una dintre cele mai vechi pe care le putem observa – este radiația cosmică de fond cu microunde. Dar această calmă aparentă a fost spulberată câteva sute de milioane de ani mai târziu. Primele stele s-au aprins, inundând universul cu energia lor. Această lumină stelară a reionizat hidrogenul neutru, recreând temporar un mediu de particule libere. Prin interacțiunea cu acest gaz ionizat, lumina fosilă a fost deviată, împrăștiată și polarizată. Această polarizare extraordinar de slabă este cea pe care cercetătorii de la Johns Hopkins au reușit să o măsoare de pe Pământ.

Observarea acestui semnal de pe planeta noastră era considerată aproape imposibilă. În primul rând, din cauza slăbiciunii sale intrinseci – este de un milion de ori mai slab decât semnalele radio pe care le emitem zilnic. În al doilea rând, pentru că atmosfera Pământului și emisiile umane (radare, telefoane, sateliți etc.) generează zgomot de fundal care maschează prețioasele microunde provenite din cosmos. Până acum, doar telescoapele spațiale precum WMAP (NASA) sau Planck (ESA) au putut detecta aceste semnale. Dar progresele instrumentelor, combinate cu o locație într-una dintre cele mai aride și izolate locații din lume, au permis CLASS să depășească această barieră tehnologică.

Semnalul măsurat este cel al polarizării E, o amprentă lăsată atunci când lumina interacționează cu un mediu ionizat. Este ca și cum universul ne-ar trimite o reflexie slăbită a primilor săi ani – lumină care a ricoșat de la primele stele și de la gazul pe care acestea l-au ionizat. Prin compararea datelor CLASS cu cele de la Planck și WMAP, cercetătorii au putut confirma autenticitatea acestui semnal. Rezultatul: o hartă mai precisă a universului în momentul „reionizării” sale, între 500 de milioane și 1 miliard de ani după Big Bang.

Aceste noi măsurători ne ajută să ne rafinăm înțelegerea cosmosului timpuriu, dar mai presus de toate, ele deschid calea către alte mari întrebări: cum s-au format primele structuri? Ce rol au jucat neutrinii, acele particule fantomatice? Și mai presus de toate: ce ne spun aceste observații despre materia întunecată enigmatică? Pentru Tobias Marriage, liderul proiectului, acesta este un punct de cotitură: „Credeam că este imposibil de la sol. Ceea ce am realizat cu CLASS deschide o nouă eră în observarea cosmică.” Pe scurt: Universul ne vorbește în continuare – avem nevoie doar de instrumentele potrivite pentru a asculta. Datorită telescopului CLASS, am văzut ecoul slab al primelor stele de pe Pământ. Și această lumină dintr-o altă eră continuă să-și dezvăluie secretele. Detaliile studiului au fost publicate în The Astrophysical Journal.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România