Kosmiczny świt to rzekoma era bardzo wczesnego wszechświata, kiedy powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki. Naukowcy próbują dziś szukać dowodów na istnienie pierwszych gwiazd. Co mówią nam eksperymenty EDGES z 2018 roku i SARAS z 2022 roku?
Teoria Wielkiego Wybuchu zakłada, że 13,8 mld lat temu pojawił się nasz wszechświat. Następnie miały zachodzić procesy fizyczne, które doprowadziły do jego obecnego wyglądu. W około 370 000 lat po Wielkim Wybuchu miało dojść do tzw. rekombinacji, gdy elektrony połączyły się z protonami plazmy wodorowej. Te rzekomo utworzyły pierwsze neutralne (niezjonizowane) atomy wodoru, wyzwalając przy tym fotony, które zapoczątkowały kosmiczne promieniowanie tła (CMB).
Choć promieniowanie elektromagnetyczne (w tym światło widzialne) teraz swobodnie poruszało się po wszechświecie, naukowcy nazwali erę następującą po rekombinacji mianem kosmiczne wieki ciemne. Nazwa wzięła się stąd, że wtedy jeszcze nie istniało żadne inne źródło promieniowania elektromagnetycznego, takie jak gwiazdy i galaktyki. Zamiast tego istniały tylko wolne fotony, które oddziaływały na istniejącą materię.
Czym są kosmiczny świt i era rejonizacji?
Astronomowie szukają dziś dowodów na pojawienie się pierwszych gwiazd i galaktyk, aby zbadać proces ich formowania się. Ten okres, gdy powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki, nazywany jest właśnie kosmicznym świtem. Według jednych badań kosmiczny świt miał mieć miejsce 250-350 milionów lat po Wielkim Wybuchu1 i miała mu towarzyszyć tzw. era rejonizacji. Ta zaś oznacza okres, gdy materia wokół pierwszych gwiazd została ponownie poddana jonizacji z powodu jonizującego promieniowania gwiazdowego.
Następnie zjonizowane atomy wodoru, dążąc do powrotu do stanu podstawowego, wypuszczały ultrafioletowe fotony Lyman-alfa. Te zaś zostały wchłonięte przez atomy wodoru znajdujące się dalej od gwiazd w procesie zwanym efektem Wouthyusena-Fielda. To miało doprowadzić do pierwszej w historii wszechświata emisji tzw. linii wodoru 21 cm (odpowiada jej częstotliwość 1420 MHz). Naukowcy postanowili więc wykorzystać ten fakt, szukając w ten sposób dowodów na ów kosmiczny świt i pierwsze gwiazdy2.
Eksperyment EDGES
W zachodniej Australii znajduje się antena EDGES (od Experiment to Detect Global Epoch of Reionization Signature). W 2018 roku zespół radioastronomów z Juddem Bowmanem na czele wykorzystali tę instalację do pewnego eksperymentu. Postanowili poszukać wspomnianej linii wodoru 21 cm pochodzącej z ery rejonizacji, gdy miał mieć miejsce kosmiczny świt.
© Źródło: Wikipedia, autor: Suzyj, licencja: CC BY-SA 4.0
Biorąc pod uwagę fakt, że od epoki rejonizacji wszechświat rozszerzył się wielokrotnie, naukowcy szukali tej linii emisyjnej na falach o znacznie większej długości i znacznie mniejszej częstotliwości z powodu przesunięcia ku czerwieni. I okazało się, że znaleźli tę linię emisyjną na częstotliwości 78 MHz, co odpowiada przesunięciu ku czerwieni z≈17 lub szerzej z=15-20. Naukowcy z EDGES uznali to za swój sukces i kolejne potwierdzenie teorii Wielkiego Wybuchu3.
Eksperyment, którego nie udało się powtórzyć
Niestety okazuje się, że jak na razie jest to jedyny “udany” eksperyment w tym temacie. Przy czym nie jest on wolny od kontrowersji. Wykryty sygnał okazał się zbyt głęboki i zbyt szeroki niż przewidywał model teoretyczny zespołu. Kształt opadnięcia fali również był inny niż się spodziewano. Naukowcy zaproponowali kilka rozwiązań. Jednym z nich miał być nieznany rodzaj cząstki, której ładunek jest tysiące razy mniejszy niż elektronu4. Innym rozwiązaniem miałoby być oddziaływanie ciemnej materii na zwykłą materię barionową na bardzo wczesnym etapie istnienia wszechświata5.
Jednak równie dobrze mógł to być błąd w pomiarach, na co wskazuje kolejna próba znalezienia tego sygnału. W 2022 roku indyjscy naukowcy z Raman Research Institute w Bangalore, którym przewodzi prof. Ravi Subrahmanyan, chcąc odtworzyć wyniki eksperymentu EDGES z 2018 roku, przeprowadzili inny eksperyment zwany SARAS (od Shaped Antenna Measurement of the Background Radio Spectrum). Mimo dołożenia wszelkich starań, aby wyeliminować wszystkie możliwe zakłócenia, zarówno naturalne, jak i antropogeniczne, naukowcy przeprowadzający SARAS nie znaleźli nic. To kładzie duży cień wątpliwości na wyniki badań EDGES z 2018 roku6.
Podsumowanie
Jednym z warunków udanego uprawiania nauki jest powtarzalność eksperymentów potwierdzających sformułowane teorie. Jeżeli nie udaje się powtórzyć oryginalnego eksperymentu, zwykle oznacza to, że teoria jest fałszywa, zaś ów “udany” eksperyment był pełen błędów. Tak mogło być i tym razem7. Naukowcy jednak zamierzają dalej szukać dowodu na kosmiczny świt, m.in. za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.
Jeżeli Bóg naprawdę stworzył nasz wszechświat, jak podaje Pismo Święte, to uczynił to w sposób cudowny i dla nas niewyjaśniony. Natomiast naukowcy ewolucjoniści starają się znaleźć naturalistyczne wyjaśnienia powstania naszego wszechświata. Jeżeli jednak nie mogą znaleźć dowodów na potwierdzenie swoich teorii, świadczy to o tym, że nasz wszechświat nie powstał sam z siebie, lecz że został stworzony w cudowny sposób.
Przypisy
- Greaves M., Cosmic dawn occured 250 to 350 million years after Big Bang, US Santa Cruz Newscenter, 24 czerwca 2021, https://news.ucsc.edu/2021/06/cosmic-dawn.html
- Faulkner D. R., This Just In: No Evidence of Cosmic Dawn, Answers in Genesis, 11 marca 2022, https://answersingenesis.org/blogs/danny-faulkner/2022/03/11/no-evidence-cosmic-dawn/
- Bowman J. D., An absorption profile centered at 78 megahertz in the sky averaged spectrum, Nature, 555, 2018, s. 67-70, https://www.nature.com/articles/nature25792
- Castelvecchi D., Did astronomers see hints of the first stars? Experiment casts doubt on bold claim, Nature, 28 lutego 2022, https://www.nature.com/articles/d41586-022-00577-7
- Hartnett J., Has light from the first stars after the big bang been detected?, Creation Ministries International, 13 kwietnia 2018, https://creation.com/light-from-the-first-stars
- Castelvecchi D., op. cit.
- Faulkner D. R., op. cit.
