Vynález skenování CAT vedl k revoluci v lékařské diagnostice. Pokud rentgenové paprsky poskytují pouze plochý dvourozměrný pohled na lidské tělo, skenování CAT poskytuje více odhalující trojrozměrný pohled. K tomu CAT skenuje elektronicky mnoho virtuálních „řezů“ a sestavuje je do 3D obrazu.
Nyní je připravena nová technika, která se podobá skenům CAT, známým jako tomografie, aby revolucionizovala studium mladého vesmíru a konec kosmického „temného věku“. Reporting v 11. listopadu 2004, vydání časopisu Nature, astrofyzici J. Stuart B. Wyithe (University of Melbourne) a Abraham Loeb (Harvard-Smithsonianovo centrum pro astrofyziku) vypočítali velikost kosmických struktur, které budou měřeny, když astronomové efektivně Pořiďte snímky skenování z počátečního vesmíru podobné CAT. Tato měření ukážou, jak se vesmír vyvíjel během prvních miliard let své existence.
"Až dosud jsme byli omezeni na jediný snímek vesmíru dětství - kosmické mikrovlnné pozadí," říká Loeb. „Tato nová technika nám umožní zobrazit celé album plné dětských fotografií vesmíru. Můžeme sledovat, jak vesmír roste a zraje. “
Krájení prostoru
Srdcem tomografické techniky popsané Wyithem a Loebem je studium záření o vlnové délce 21 centimetrů z neutrálních atomů vodíku. V naší vlastní galaxii toto záření pomohlo astronomům zmapovat sférický halo Mléčné dráhy. Pro zmapování vzdáleného mladého vesmíru musí astronomové detekovat 21 cm záření, které bylo redshifted: natažený na delší vlnové délky (a nižší frekvence) expanzí samotného vesmíru.
Redshift přímo souvisí s vzdáleností. Čím více je oblak vodíku od Země, tím více je jeho záření vyzařováno. Proto při pohledu na konkrétní frekvenci mohou astronomové vyfotografovat „plátek“ vesmíru v určité vzdálenosti. Tím, že prošli mnoha frekvencemi, mohou vyfotografovat mnoho plátků a vytvořit trojrozměrný obraz vesmíru.
"Tomografie je komplikovaný proces, což je jeden z důvodů, proč se tak nestalo dříve při velmi vysokých červených posunech," říká Wyithe. "Ale je to také velmi slibné, protože je to jedna z mála technik, která nám umožní studovat prvních miliard let historie vesmíru."
Mýdlová bublina vesmír
Prvních miliard let je kritických, protože tehdy začaly svítit první hvězdy a první galaxie se začaly tvořit v kompaktních shlucích. Tyto hvězdy hořely horkě a vyzařovaly obrovské množství ultrafialového světla, které ionizovalo blízké atomy vodíku, oddělovalo elektrony od protonů a odhánělo mlhu neutrálního plynu, který zaplnil raný vesmír.
Mladé shluky galaxií byly brzy obklopeny bublinami ionizovaného plynu podobně jako bubliny mýdla vznášející se ve vaně s vodou. Když více prostoru zaplavilo ultrafialové světlo, bubliny se zvětšovaly a postupně se spojovaly. Nakonec, asi miliardu let po Velkém třesku, byl celý viditelný vesmír ionizován.
Abychom mohli studovat raný vesmír, když byly bubliny malé a plyn většinou neutrální, musí astronomové vzít plátky do vesmíru, jako by krájeli blok švýcarského sýra. Loeb říká, že stejně jako u sýra, „pokud jsou naše plátky vesmíru příliš úzké, budeme stále bít stejné bubliny. Pohled se nikdy nezmění. “
K získání skutečně užitečných měření musí astronomové vzít větší plátky, které zasáhnou různé bubliny. Každý řez musí být širší než šířka typické bubliny. Wyithe a Loeb počítají, že největší jednotlivé bubliny dosáhly velikosti asi 30 milionů světelných let napříč raným vesmírem (což odpovídá více než 200 milionům světelných let v dnešním rozšířeném vesmíru). Tyto klíčové předpovědi povedou konstrukci rádiových přístrojů k provádění tomografických studií.
Astronomové brzy otestují předpovědi Wyithe a Loeba pomocí řady antén vyladěných tak, aby pracovaly na frekvencích 100-200 megahertzů s redshiftovaným 21 cm vodíku. Mapování oblohy na těchto frekvencích je velmi obtížné kvůli rušení způsobenému člověkem (TV a FM rádio) a vlivům ionosféry Země na nízkofrekvenční rádiové vlny. Nová nízkonákladová elektronika a počítačové technologie však umožní rozsáhlé mapování do konce desetiletí.
"Výpočty Stuarta a Aviho jsou krásné, protože jakmile sestavíme naše pole, budou předpovědi snadno testovány, když vezmeme naše první záblesky raného vesmíru," říká Smithsonianský radio astronom Lincoln Greenhill (CfA).
Greenhill pracuje na vytvoření těchto prvních pohledů prostřednictvím návrhu, aby vybavil Very Large Array National Science Foundation potřebnými přijímači a elektronikou, financovanou Smithsonianem. "S trochou štěstí vytvoříme první snímky skořápek horkého materiálu kolem několika nejmladších kvasarů ve vesmíru," říká Greenhill.
Výsledky společnosti Wyithe a Loeb také pomohou při navrhování a vývoji rádiových observatoří příští generace budovaných od základů, jako je evropský projekt LOFAR a řada navržená americko-australskou spoluprací při výstavbě v tichém vnitrozemí Západní Austrálie.
Původní zdroj: Harvard CfA News Release
