Studiu di l'Universu Primu: Esperimentu REACH per detectà una linea sfuggente di 21 cm da l'Idrogenu Cosmicu 

Osservazione di 26 cm radiu signali, furmati a causa di transizione hyperfine di l 'idrogenu cosmic offre un strumentu alternativa à u studiu di principiu 'universu. In quantu à l'epica neutrale di u zitellu 'universu quandu ùn hè statu emessu luce, i linii 26 cm sò forsi solu finestra. Tuttavia, sti rossi si sò cambiati radiu segnali emessi da l'idrogenu còsmicu in u principiu 'universu sò estremamente debuli è sò stati sfuggente finu à avà. In u 2018, l'esperimentu EDGE hà riportatu a rilevazione di segnali di 26 cm, ma i risultati ùn anu pussutu esse cunfirmati indipindentamente. U prublema principali era a sistematica di l'instrumentu è a contaminazione cù l'altri signali da u celu. L'esperimentu REACH hè di impiegà una metodulugia unica per superà u collu di bottiglia. Si spera chì stu gruppu di ricerca serà in modu affidabile di detectà questi segnali sfuggenti in un futuru vicinu. In casu di successu, REACH Experiment pò purtà a "radioastronomia di 26 cm" in prima linea in u studiu di i primi tempi. 'universu è ci aiuta assai à svelà i misteri di i primi tempi 'universu. 

Quandu si tratta di u studiu di universu primu, nome di pocu lanciatu Telescopiu spaziale James Webb (JWST) spunta in a nostra mente. JWST, un successore di grande successu Hubble telescopiu, hè a u spaziu-osservatoriu infrarossu basatu in equipatu per catturà segnali ottichi/infrarossi da e prime stelle è galassie formate in u Universu pocu dopu à u Big Bang¹. Tuttavia, JWST hà qualchì limitazione finu à coglie segnali da l'epica neutrale di universu primu hè cuncernatu.  

Tabella: Epoche in a storia di 'universu dapoi u Big Bang  

(Fonte: Filosofia di a Cosmologia - 21 cm di fondo. Disponibile à http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)  

Finu à 380 k anni dopu à u big bang, u 'universu era pienu di gas ionizatu è era cumplettamente opaca. Trà 380k - 400 milioni d'anni, u 'universu era diventatu neutrali è trasparenti. L'epica di reionizazione hà iniziatu dopu à sta fasi chì principia 400 milioni dopu à u big bang.  

Duranti l'epica neutrale di i primi tempi 'universu, quandu u 'universu era chinu di gasi neutri è era trasparente, nisun signalu otticu hè statu emessu (da quì chjamatu età scura). U materiale unionizatu ùn emette micca luce. Questu pone una sfida in u studiu di i primi tempi Universu d'epica neutra. In ogni casu, a radiazione microwave di 21 cm di lunghezza d'onda (currispondente à 1420 MHz) emessa da l'idrogenu còsmicu friddu è neutru durante questa epoca per via di a transizione iperfina (da u spin parallelu à u spin parallelu più stabile) offre opportunità à i circadori. Questa radiazione di microonde di 21 cm serà spostata in rossu quandu ghjunghje à a Terra è serà osservata à frequenze da 200 MHz à 10 MHz cum'è onde radio.^2,3.  

21 cm radioastronomia: L'osservazione di i signali di l'idrogenu cosmicu di 21 centimetri offre un approcciu alternativu à u studiu di i primi tempi 'universu in particulare di a fase di l'epica neutra chì era priva di ogni emissione di luce. Questu pò ancu infurmà nantu à a nova fisica cum'è a distribuzione di a materia in u tempu, l'energia scura, a materia scura, a massa di neutrini è l'inflazione.².  

Tuttavia, i signali di 21 cm emessi da l'idrogenu còsmicu durante u principiu 'universu a fase hè sfuggita. Hè previstu esse estremamente debule (circa centu mila volte più debule di l'altri signali radiu chì emananu ancu da u celu). In u risultatu, stu approcciu hè sempre in a zitella.  

In u 2018, i circadori anu signalatu a rilevazione di un tali signalu radio à una frequenza di 78 MHz chì u so prufilu era largamente coherente cù l'aspettattivi per u signale di 21 centimetri emessu da l'idrogenu cosmicu primordiale.⁴. Ma sta rilevazione di u segnu radiu primordiale di 21 cm ùn puderia micca esse cunfirmata indipindentamente, per quessa, l'affidabilità di l'esperimentu ùn puderia micca esse stabilita finu à avà. U prublema principali pare esse a contaminazione cù i signali radio in primu pianu.  

L'ultima tappa hè u rapportu di Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) u 21 di lugliu 2022. REACH utilizerà un novu approcciu sperimentale per detectà sti signali di radiu cosmica elusive debule offre cusì una nova speranza per a cunferma di i segnali cosmici di 21 centimetri.  

L'Esperimentu Radio per l'Analisi di l'Idrogenu Cosmicu (REACH) hè un esperimentu mediu di 21 cm in u celu. Questu hà u scopu di migliurà l'osservazioni gestendu i prublemi affrontati da strumenti in relazione à i signali sistematichi residuali in i dati. Si focalizeghja nantu à a rilevazione è a spiegà inseme di a sistematica inseme cù i primi piani è u signale cosmologicu utilizendu statistiche bayesiane. U sperimentu implica osservazioni simultanee cù duie antenne diverse, un sistema ultra-wideband (range redshift circa 7.5 à 28) è un calibratore di ricevitore basatu nantu à e misurazioni in u campu.  

Stu sviluppu hè significativu datu u so potenziale per esse unu di i migliori strumenti (è u costu efficace troppu vis-a-vis u spaziuosservatori basati cum'è Ghjacumu Webb) per u studiu di principiu 'universu è ancu a pussibilità di introduzione di una nova fisica fundamentale.  

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Da vede:  

1. Prasad U., 2021.James Webb Space Telescope (JWST): U Primu Osservatoriu Spaziale Dedicatu à u Studiu di l'Universu Primu. Scientificu Europeu. Posted 6 November 2021. Disponibile à http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/

2. Pritchard JA è Loeb A., 2012. 21 cm cosmologia in u 21u seculu. Rapporti nantu à u Prugressu in Fisica 75 086901. Disponibile à https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. Preprint in arXiv dispunibule à https://arxiv.org/abs/1109.6012  versione pdf  https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf 

3. Università di Oxford. Filosofia di a Cosmologia - 21 cm di fondu. Disponibile à http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html 

4. Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. et al. Un prufilu di assorbimentu centratu à 78 megahertz in u spettru mediu di u celu. Natura 555, 67-70 (2018). https://doi.org/10.1038/nature25792 

5. de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. et al. U radiometru REACH per a rilevazione di u segnu di l'idrogenu di 21 cm da u redshift z ≈ 7.5–28. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9  

6. Eloy de Lera Acedo 2022. Unveiling i misteri di l'Universu infante cù u radiometru REACH. Disponibile in linea à  https://astronomycommunity.nature.com/posts/u 

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