Sinyal kunci dari “Bintang Pertama” mungkin tidak datang dari luar angkasa sama sekali

Sebuah sinyal yang ditafsirkan sebagai cahaya pertama yang menerangi alam semesta mungkin tidak datang dari jangkauan jauh alam semesta, sebuah studi baru menemukan. Bahkan, tidak mungkin dari luar angkasa.

Namun, jauh dari masalah, temuan baru ini dapat mengatur alam semesta. Sinyal, yang dijelaskan dalam dua artikel pada tahun 2018, memiliki beberapa fitur tak terduga yang sulit dijelaskan dengan astrofisika saat ini.

Jika sinyalnya bukan cahaya dari bintang-bintang pertama yang bersinar di awal kegelapan yang dikenal sebagai “senja kosmik”kita tidak perlu mengembangkan astrofisika baru untuk menjelaskannya.

“Kami melaporkan pengukuran radiometer dari spektrum radio langit di pita 55-85 MHz yang menunjukkan bahwa profil telah ditemukan. Bowman dkk. dalam data yang diperoleh dengan Eksperimen untuk Mendeteksi Global Epoch of Reionization Signature (EDGES), instrumen pita rendah tidak berasal dari astrofisika; profil pencocokan terbaik mereka akan ditolak dengan kepastian 95,3 persen”, tulis tim astronom dipimpin oleh Saurabh Singh dari Raman Research Institute di India.

“Non-deteksi kami mengkonfirmasi kekhawatiran sebelumnya dan menunjukkan bahwa profil yang ditemukan oleh Bowman dkk. bukanlah bukti astrofisika baru atau kosmologi non-standar.”

Fajar kosmik adalah periode penting dan lama ditunggu-tunggu dalam sejarah alam semesta kita. Ini mencakup periode dari sekitar 50 juta hingga sekitar satu miliar tahun setelahnya Dentuman Besar. Alam semesta kita tidak selalu terlihat seperti sekarang ini; Sebelum bintang muncul, itu dipenuhi dengan nebula gas terionisasi yang panas dan berawan. Cahaya tidak bisa bergerak bebas melalui kabut ini; itu hanya membuang elektron bebas.

Ketika alam semesta cukup dingin, proton dan elektron mulai bergabung kembali menjadi atom hidrogen netral. Ini berarti cahaya akhirnya bisa melakukan perjalanan melalui ruang angkasa. Ketika bintang dan galaksi pertama mulai terbentuk sekitar 150 juta tahun setelah Big Bang, sinar ultraviolet mereka secara bertahap mengionisasi ulang hidrogen netral yang ada di mana-mana di seluruh alam semesta, memungkinkan spektrum penuh radiasi elektromagnetik mengalir bebas.

Sekitar 1 miliar tahun setelah Big Bang, alam semesta mengalami reionisasi penuh; Namun, kami tidak dapat benar-benar melihat ke depan tanda 1 miliar tahun itu dengan eksperimen kami saat ini, membuat proses reionisasi sulit untuk dipahami. Jika kita bisa menemukan cahaya dari fajar kosmik, itu akan menjadi pengubah permainan mutlak.

Eksperimen EDGES mencari sinyal ini pada frekuensi radio rendah dan mendapat hit, tetapi sinyal yang diterima tidak seperti yang diharapkan para astronom. Sebaliknya, amplitudonya hampir dua kali lipat dari yang diperkirakan, menunjukkan bahwa gas hidrogen yang dilalui cahaya lebih dingin dari yang kita duga.

Satu-satunya hal yang bisa mendinginkan gas sebanyak itu pada tahap ini dalam kehidupan alam semesta, tim peneliti menyimpulkan, adalah Materi gelap; Sifat materi gelap ini, pada gilirannya, bisa sangat berbeda dari prediksi kami.

Setiap temuan luar biasa, terutama yang mungkin memerlukan pengetahuan ilmiah baru, mutlak memerlukan penyelidikan lebih lanjut. Jadi Singh dan rekan-rekannya menggunakan radiometer Shaped Antenna Measurement of the Background Radio Spectrum 3 (SARAS 3) untuk melihat apakah mereka dapat memvalidasi sinyal.

Pada awal 2020, mereka meluncurkan SARAS 3 ke tengah danau terpencil di India selatan dan memindai langit untuk mencari sinyal yang terdeteksi oleh EDGES.

Setelah mengumpulkan, memproses, dan menganalisis data, tim Singh menemukan bahwa tidak ada sinyal yang dapat ditemukan. Instrumen mereka juga tidak mereplikasi distorsi spektrum radio yang terlihat pada data EDGES.

“The Bowman dkk. Profil yang ditemukan tidak dikenali dalam analisis MCMC dari spektrum langit yang dilakukan dengan instrumen SARAS 3.” mereka menulis di koran mereka.

“Selain itu, analisis korelasi menunjukkan bahwa distorsi yang ada dalam spektrum yang dibuat dengan instrumen pita rendah EDGES yang digunakan untuk mendapatkan profil yang paling sesuai dan batas ruang parameter untuk definisi profil tidak ada dalam spektrum SARAS 3 dari langit. Fakta-fakta ini menunjukkan bahwa distorsi spektral yang signifikan dalam spektrum langit yang dihasilkan oleh instrumen pita rendah EDGES adalah kesalahan sistematis yang terkait dengan instrumen tersebut.

Dengan kata lain, sinyal tersebut, menurut Singh dan timnya, adalah kesalahan yang dihasilkan oleh antena EDGES, bukan sinyal yang berasal dari jauh di dalam ruang-waktu. Sensitivitas data SARAS-3, tambah mereka, mengesampingkan asal kosmologis untuk sinyal tersebut. Aduh.

Secara umum, ketika ditemukan sesuatu yang luar biasa aneh, buktinya sendiri juga harus luar biasa. Namun, untuk memastikan apakah sinyal itu ada dan apa itu, pengamatan lebih lanjut harus dilakukan dengan instrumen yang berbeda.

“Kami merangkum,” Singh dan timnya menulis“bahwa pengamatan lanjutan dengan sensor yang ditempatkan di lingkungan seperti itu, seperti monocone SARAS 3 di perairan besar di lokasi terpencil di Bumi, atau misi ruang angkasa di orbit di sisi jauh Bulan, akan memberikan data yang bebas dari sistematika dan kondusif. untuk penemuan sinyal 21 cm yang benar-benar bergeser merah dari fajar kosmik.”

Hasilnya dipublikasikan di astronomi alam.