Astronomen hebben misschien toch geen teken van de eerste sterren van het universum gevonden

Een nieuwe studie werpt een waas over een hint van de eerste glimpen van sterrenlicht in het universum.

In 2018 beweerden onderzoekers dat een subtiele signatuur in radiogolven uit het begin van de geschiedenis van het universum het tijdperk had onthuld waarin de eerste sterren aangingen, bekend als de kosmische dageraad. Maar het eerste experiment om de conclusies van die studie te testen geen teken gevonden van die vroege sterrenrapporteren wetenschappers 28 februari in Natuurastronomie.

Net na de oerknal, ongeveer 13,8 miljard jaar geleden, was het heelal een hete stoofpot van materie. Sterren flikkerden waarschijnlijk pas ten minste 100 miljoen jaar later – een slecht begrepen tijdperk van de kosmos. Het vinden van tekenen van de eerste stralen van sterrenlicht zou het verhaal van de kosmische oorsprong verduidelijken. Dus de bewering van 2018 om die vroegste glans te lokaliseren, van het EDGES-experiment in de Australische outback, veroorzaakte een astronomisch rumoer (SN: 28-2-18).

“Het heeft onze hele gemeenschap absoluut enthousiast gemaakt met dit fascinerende resultaat”, zegt radioastronoom Saurabh Singh van het Raman Research Institute in Bangalore, India.

De onderzoekers rapporteerden een dip over bepaalde golflengten van radiogolven, een teken van licht van de eerste sterren die in wisselwerking staan ​​met het omringende waterstofgas. Maar het resultaat leidde al snel tot scepsis, omdat de dip dieper was dan verwacht. Om te weten of de hint van het eerste sterlicht echt was, zouden wetenschappers meer metingen moeten doen.

Singh en collega’s deden precies dat met de Shaped Antenna Measurement of the Background Radio Spectrum 3 of SARAS 3. Net als bij EDGES gebruikt het experiment een antenne om radiogolven op te vangen. Maar SARAS 3 heeft een ander ontwerp dan EDGES, met een anders gevormde antenne. En SARAS 3 is ontworpen om op een meer te drijven. “Dat geeft ons een heel onderscheidend voordeel”, zegt Singh.

Op aarde komen radiogolven van verschillende bronnen, waarmee zorgvuldig rekening moet worden gehouden om het subtielere signaal van de kosmische dageraad te onthullen. Een verkeerd begrip van die andere bronnen van radiogolven kan leiden tot een niet-verklaarde experimentele fout die onjuiste resultaten kan opleveren.

Experimenten op het land hebben met name te maken met radiogolven die vanaf de grond worden uitgezonden, die vanwege de complexe, gelaagde aard van de bodem moeilijk in te schatten zijn. Als de antenne bovenop een meer staat, is het gemakkelijker om in te schatten welke soorten radiogolven afkomstig zijn van het uniforme water eronder. Gegevens van twee meren in India lieten geen teken van de dip zien.

De nieuwe studie “belicht hoe moeilijk deze meting is”, zegt natuurkundige H. Cynthia Chiang van de McGill University in Montreal. Het is ongemakkelijk dat de twee onderzoeken het niet eens zijn, zegt ze, maar merkt op dat de onenigheid “niet voldoende is om op dit punt definitieve conclusies te trekken.”

En sommige van dezelfde soorten experimentele problemen die EDGES kunnen beïnvloeden, kunnen ook van invloed zijn op SARAS 3, zegt experimenteel kosmoloog Judd Bowman van de Arizona State University in Tempe, een lid van het EDGES-team. “We hebben nog meer werk voor de boeg om tot het uiteindelijke resultaat te komen.”

Een verbeterde versie van EDGES zal later dit jaar worden geïmplementeerd en het SARAS 3-team heeft aanvullende implementaties gepland. Ook andere experimenten werken aan soortgelijke metingen. Die tests kunnen eindelijk de overgang van het universum van duisternis naar licht verlichten.