I dag, stjärnor fyller natthimlen. Men när universum var i sin linda, den innehöll inga stjärnor alls. Och ett internationellt team av forskare är närmare än någonsin att upptäcka, mäter och studerar en signal från denna era som har färdats genom kosmos ända sedan den stjärnlösa eran slutade för cirka 13 miljarder år sedan.

Det laget – ledd av forskare vid University of Washington, University of Melbourne, Curtin University och Brown University – rapporterade förra året i Astrofysisk tidskrift att den hade uppnått en nästan 10-faldig förbättring av radioemissionsdata som samlats in av Murchison Widefield Array. Teammedlemmar söker just nu igenom data från detta radioteleskop i avlägsna västra Australien efter en kontrollsignal från denna dåligt förstådda "mörka tidsålder" i vårt universum.

Att lära sig om denna period kommer att hjälpa till att ta itu med viktiga frågor om universum idag.

"Vi tror att universums egenskaper under den här eran hade en stor effekt på bildandet av de första stjärnorna och satte igång universums strukturella egenskaper idag, " sa teammedlemmen Miguel Morales, en UW professor i fysik. "Sättet som materia distribuerades i universum under den eran har sannolikt format hur galaxer och galaktkluster är fördelade idag."

Före denna mörka tidsålder, universum var varmt och tätt. Elektroner och fotoner fastnade regelbundet varandra, gör universum ogenomskinligt. Men när universum var mindre än en miljon år gammalt, elektron-foton-interaktioner blev sällsynta. Det expanderande universum blev allt mer transparent och mörkt, börjar sin mörka tidsålder.

Den stjärnlösa eran varade i hundratals miljoner år under vilken neutralt väte — väteatomer utan övergripande laddning — dominerade kosmos.

"För denna mörka tidsålder, naturligtvis finns det ingen ljusbaserad signal som vi kan studera för att lära oss om den – det fanns inget synligt ljus!" sa Morales. "Men det finns en specifik signal vi kan leta efter. Det kommer från allt det där neutrala vätet. Vi har aldrig mätt den här signalen, men vi vet att det finns där ute. Och det är svårt att upptäcka för under de 13 miljarder år som gått sedan den signalen emanerade, vårt universum har blivit en mycket hektisk plats, fylld med annan aktivitet från stjärnor, galaxer och till och med vår teknik som dränker signalen från det neutrala vätet."

Den 13 miljarder år gamla signalen som Morales och hans team är ute efter är elektromagnetisk radioemission som det neutrala vätet emanerade vid en våglängd på 21 centimeter. Universum har expanderat sedan den tiden, sträcker ut signalen till nästan 2 meter.

Den signalen borde innehålla information om den mörka tidsåldern och händelserna som avslutade den, sade Morales.

När universum bara var 1 miljard år gammalt, väteatomer började aggregera och bilda de första stjärnorna, att få ett slut på den mörka tidsåldern. Ljuset från de första stjärnorna startade en ny era – återjoniseringens epok – där energi från dessa stjärnor omvandlade mycket av det neutrala vätet till en joniserad plasma. Den plasman dominerar det interstellära rymden till denna dag.

"Återjoniseringens epok och den mörka tidsåldern som föregår den är kritiska perioder för att förstå särdragen i vårt universum, som varför vi har vissa regioner fyllda med galaxer och andra relativt tomma, fördelningen av materia och potentiellt även mörk materia och mörk energi, sa Morales.

Murchison Array är lagets primära verktyg. Detta radioteleskop består av 4, 096 dipolantenner, som kan ta upp lågfrekventa signaler som den elektromagnetiska signaturen av neutralt väte.

Men den typen av lågfrekventa signaler är svåra att upptäcka på grund av elektromagnetiskt "brus" från andra källor som studsar runt i kosmos, inklusive galaxer, stjärnor och mänsklig aktivitet. Morales och hans kollegor har utvecklat allt mer sofistikerade metoder för att filtrera bort detta brus och föra dem närmare den signalen. Under 2019, forskarna meddelade att de hade filtrerat bort elektromagnetiska störningar – inklusive från våra egna radiosändningar – från mer än 21 timmars Murchison Array-data.

Går vidare, laget har cirka 3, 000 timmars ytterligare emissionsdata som samlats in av radioteleskopet. Forskarna försöker filtrera bort störningar och komma ännu närmare den svårfångade signalen från neutralt väte - och den mörka tidsåldern den kan belysa.