SN grudzien 065

JAK WIDZIEĆ W CIEMNOŚCIACH

Pomimo braku gwiazd w epoce ciemności nie byto kompletnie ciemno. Zachodziły w niej oddziaływania wywołujące słabe świecenie wodoru. Aby pobudzić wodór do świecenia, trzeba mu dostarczyć energii. Jej zasoby składały się wówczas z energii kinetycznej atomów (wyzwalanej w międzyatomowych kolizjach) i energii kosmicznego promieniowania tła. Nieliczne swobodne elektrony pośredniczyły w przepływie energii między atomami i fotonami.

O

Atom

Elektron

Foton

O

O

o

Typowa energia fotonów i atomów była zbyt niska, by pobudzić wodór do świecenia w zwykły sposób (poprzez przeniesienie elektronu na wyższą orbitę, z której po pewnym czasie spadłby, emitując foton).

Zderzenia atomów i fotony dostarczały jednak wystarczająco dużo energii, by obrócić elektron w taki sposób, że jego spin ustawiał się równolegle do spinu protonu. Powracając do stanu wyjściowego, atom emitował foton o długości fali 21 cm.

SPINY ANTYRÓWNOLEGŁE

i). DANIELA NAOMI MOI NAK (wyhnt)

Energię każdego rezerwuaru można opisać za pomocą temperatury (wyższej temperaturze odpowiada większa energia). Na początku epoki ciemności wszystkie trzy temperatury obniżały się w jednakowym tempie (a). Następnie temperatury kinetyczna i spinowa spadały szybciej od fotonowej (b).

Po pewnym czasie temperatura spinowa ponownie zrównała się z fotonową (c). Ostatecznie gwiazdy i kwazary podgrzały gaz, co doprowadziło do wzrostu temperatury kinetycznej i spinowej (cO. Stosunki temperatur określają, czy i w jaki sposób można obserwować wodór.

Zasoby energii kinetycznej, fotonowej i spinowej to trzy połączone rezerwuary, które na różne sposoby mogą wymieniać swą zawartość.

ENERGIA

PROMIENIOWANIA

na obszarze o średnicy 1.5 km. Pracując na falach o długości 1-3.7 m, instrument ten osiągnie zdolność rozdzielczą f kilku minut luku, co w epoce ciemności odpowiada obsza-! rom o rozmiarach około 3 min lat świetlnych. Inne układy | w różnych stadiach budowy bądź planowania to Low-Fre-i quencv Array (LOFAR), Primeval Structure Telescope (PaST) | [patrz: „Kosmiczna tomografia", PANORAMA; Świat Nauki, 8 wrzesień 2005] oraz Sąuare Kilometer Array (SKA).

Odbierając fale o różnej długości, urządzenia te zbadają emisję 21 cm w różnych chwilach historii Wszechświata. Zebrane przez nie dane posłużą astronomom do opracowania „kosmicznego tomogramu” - trójwymiarowej mapy rozkładu wodoru, która pokaże, w jaki sposób fluktuacje gęstości o początkowej amplitudzie 0.001% (na tę wartość wskazują obserwacje mikrofalowego promieniowaniu tla) zwiększyły się o kilka rzędów wielkości. Kosmolodzy oczekują, że w

GRUDZIEŃ 2006 ŚWIAT NAUKI 35