En signal som orsakats av de allra första stjärnorna som bildades i universum har fångats upp av ett litet men mycket specialiserat radioteleskop i den avlägsna västra australiensiska öknen.

Detaljer om upptäckten avslöjas i en tidning som publicerades idag i Nature och berättar för oss att dessa stjärnor bildades bara 180 miljoner år efter Big Bang.

Det är potentiellt en av de mest spännande astronomiska upptäckterna under årtiondet. En andra Nature-tidning som publiceras idag kopplar fyndet till möjligen det första upptäckta beviset på att mörk materia, tros utgöra mycket av universum, kan interagera med vanliga atomer.

Stämmer in på signalen

Denna upptäckt gjordes av en liten radioantenn som arbetar i bandet 50-100Mhz, som överlappar några välkända FM -radiostationer (varför teleskopet ligger i den avlägsna WA -öknen).

Det som har upptäckts är absorptionen av ljus av neutral atomär vätgas, som fyllde det tidiga universum efter att det kylts ner från Big Bangs heta plasma.

Vid den här tiden (180 miljoner år efter Big Bang) expanderade det tidiga universum, men de tätaste områdena i universum kollapsade under tyngdkraften för att skapa de första stjärnorna.

Bildandet av de första stjärnorna hade en dramatisk effekt på resten av universum. Ultraviolett strålning från dem förändrade elektronspinningen i väteatomerna, får det att absorbera bakgrundsradioemissionen från universum vid en naturlig resonansfrekvens på 1, 420MHz, kastar en skugga så att säga.

Nu, 13 miljarder år senare, den skuggan skulle förväntas med en mycket lägre frekvens eftersom universum har expanderat nästan 18 gånger under den tiden.

Ett tidigt resultat

Astronomer hade förutspått detta fenomen i nästan 20 år och letat efter det i tio år. Ingen visste riktigt hur stark signalen skulle vara eller vid vilken frekvens man skulle söka.

De flesta förväntade sig att det skulle ta ett par år till efter 2018.

Men skuggan upptäcktes vid 78MHz av ett team ledd av astronomen Judd Bowman från Arizona State University.

Otroligt nog gjordes denna radiosignaldetektering 2015-2016 av en liten antenn (EDGES-experimentet), bara några meter stora, kopplad till en mycket smart radiomottagare och signalbehandlingssystem. Det har bara publicerats nu efter noggrann kontroll.

Detta är den viktigaste astronomiska upptäckten sedan upptäckten av gravitationsvågor 2015. De första stjärnorna representerar början på allt komplext i universum, början på den långa resan till galaxer, solsystem, planeter, liv och hjärnor.

Att upptäcka deras signatur är en milstolpe och att fastställa den exakta tidpunkten för deras bildande är en viktig mätning för kosmologi.

Detta är ett fantastiskt resultat. Men det blir bättre och ännu mer mystiskt och spännande.

Bevis på mörk materia?

Signalen är dubbelt så stark som förväntat, det är därför det har upptäckts så tidigt. I den andra Nature-tidningen, astronomen Rennan Barkana, från Tel Avivs universitet, sa att det är ganska svårt att förklara varför signalen är så stark, eftersom det säger oss att vätgasen vid denna tidpunkt är betydligt kallare än förväntat i standardmodellen för kosmisk evolution.

Astronomer gillar att introducera nya typer av exotiska föremål för att förklara saker (t.ex. supermassiva stjärnor, svarta hål) men dessa producerar i allmänhet strålning som gör saker varmare istället.

Hur gör man atomerna kallare? Du måste sätta dem i termisk kontakt med något ännu kallare, och den mest livskraftiga misstänkta är vad som kallas kall mörk materia.

Kall mörk materia är grunden för modern kosmologi. Den introducerades på 1980-talet för att förklara hur galaxer roterar – de verkade snurra mycket snabbare än vad som kunde förklaras av de synliga stjärnorna och en extra gravitationskraft behövdes.

Vi tror nu att mörk materia måste göras av en ny sorts fundamental partikel. Det finns ungefär sex gånger mer mörk materia än vanlig materia och om den var gjord av normala atomer skulle Big Bang ha sett helt annorlunda ut än vad som observeras.

När det gäller karaktären av denna partikel, och dess massa, vi kan bara gissa.

Så om kall mörk materia verkligen kolliderar med väteatomer i det tidiga universum och kyler dem, detta är ett stort framsteg och kan få oss att fastställa dess sanna natur. Detta skulle vara första gången som mörk materia har visat någon annan interaktion än gravitationen.

Här kommer "men"

En varning är motiverad. Denna vätesignal är mycket svår att upptäcka:den är tusentals gånger svagare än bakgrundsradiobruset även för den avlägsna platsen i västra Australien.

Författarna till den första Nature-tidningen har ägnat mer än ett år åt att göra en mängd tester och kontroller för att säkerställa att de inte har gjort ett misstag. Känsligheten hos deras antenn måste vara utsökt kalibrerad över hela bandpasset. Upptäckten är en imponerande teknisk prestation men astronomer över hela världen kommer att hålla andan tills resultatet bekräftas av ett oberoende experiment.

Om det bekräftas kommer detta att öppna dörren till ett nytt fönster på det tidiga universum och potentiellt en ny förståelse av den mörka materiens natur genom att ge ett nytt observationsfönster in i den.

Denna signal har upptäckts som kommer från hela himlen, men i framtiden kan den kartläggas på himlen, och detaljerna i strukturerna i kartorna skulle då ge oss ännu mer information om den mörka materiens fysiska egenskaper.

Fler ökenobservationer

Dagens publikationer är spännande nyheter för särskilt Australien. Western Australia är den tystaste radiozonen i världen, och kommer att vara den bästa platsen för framtida kartobservationer. Murchison Widefield Array är i drift just nu, och framtida uppgraderingar skulle kunna ge exakt en sådan karta.

Detta är också ett viktigt vetenskapsmål för Square Kilometer Array för flera miljarder dollar, ligger i västra Australien, som borde kunna ge mycket större trohetsbilder av denna epok.

Det är oerhört spännande att se fram emot en tid då vi kommer att kunna avslöja de första stjärnornas natur och att ha ett nytt tillvägagångssätt via radioastronomi för att tackla mörk materia, som hittills visat sig svårlöst.

Låt oss hoppas världens regeringar, eller åtminstone Australien, kan hålla frekvensen 78 MHz ren från popmusik och talkshower så att vi kan fortsätta att observera universums födelse.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.