Астрономы выяснили, что Вселенная была «предварительно нагрета» до появления первых звёзд
Космос был «предварительно нагрет» на ранних этапах своего существования, как показало новое исследование Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR). Это открытие бросает вызов существовавшим представлениям о том, что Вселенная возникла из сверххолодного состояния.
Открытие было сделано в ходе поисков неуловимого сигнала от Эпохи реионизации — периода, когда первые звёзды начали зажигаться примерно через миллиард лет после Большого взрыва. Обнаружение того, что космос в то время был по крайней мере немного тёплым, опровергает модели, предполагающие, что процесс ионизации происходил в условиях чрезвычайно низких температур.
«По мере эволюции Вселенной газ между галактиками расширяется и охлаждается, поэтому мы ожидали бы, что он будет очень и очень холодным, — объясняет радиоастроном Катрин Тротт, руководитель проекта по изучению Эпохи реионизации в ICRAR. — Наши измерения показывают, что он был нагрет по крайней мере до определённой степени. Не сильно, но это говорит нам о том, что очень холодная реионизация исключена. Исследование предполагает, что это нагревание, вероятно, вызвано энергией от ранних источников рентгеновских лучей, исходящих от первых чёрных дыр и звёздных остатков, распространяющейся по Вселенной».
Так называемые «Тёмные века» были временем расцвета по сравнению с тем, что пережила Вселенная в своей юности. До того как сформировались звёзды и галактики, не было никаких значительных источников света — лишь облака нейтрального атомарного водорода, медленно сливавшиеся на протяжении сотен тысяч лет. В конечном итоге сгустки газа коллапсировали в звёзды первого поколения, которые горели с большей интенсивностью, чем современные. Высвобождение этой энергии ионизировало космический водород, поэтому период и получил название Эпохи реионизации.
Лишившись электронов, водород, составлявший обширные космические облака, стал прозрачным для света, что позволяет нам теперь видеть далеко вглубь пространства и времени. С другой стороны, это также означает, что трудно разглядеть, какой была Вселенная во время или до этой эпохи. Астрономы вынуждены полагаться на радиосигнал, называемый линией водорода, — электромагнитное излучение с длиной волны 21 сантиметр, которое, как предсказывается, проходит сквозь облака материала, рассеивающие более короткие волны видимого света, и несёт с собой жизненно важную информацию о космических тёмных веках.
Команда ICRAR использует радиотелескоп Murchison Widefield Array (MWA) в Западной Австралии для поиска этого сигнала. Проблема заключается в том, что Вселенная наполнена источниками радиосигнала. «К ним относятся излучения от ближайших звёзд и галактик, помехи от земной атмосферы и даже шум, создаваемый самим телескопом. Только после тщательного вычитания этих «фоновых сигналов» оставшиеся данные смогут выявить сигналы от Эпохи реионизации», — говорит радиоастроном ICRAR Ридхима Нунхуки.
«В ходе этого исследования мы разработали методы борьбы с фоновыми помехами и вычитания нежелательных сигналов, а также лучше поняли наш телескоп и получили чистый сигнал. Мы также смогли объединить данные MWA за примерно 10 лет наблюдений, чтобы наблюдать за небом дольше, чем когда-либо прежде».
Хотя текущая работа ещё не выявила долгожданную линию водорода, большой объём высококачественных данных не только приблизил команду к цели, но и позволил раскрыть новые детали. Яркий пример — открытие, что ранний космос был «предварительно нагрет» до того, как произошла реионизация. Поскольку в ближайшем будущем к поискам присоединятся новые радиотелескопы, обнаружение линии водорода, по-видимому, является лишь вопросом времени. «Сигнал определённо там есть. Нужно лишь улучшать наши данные, получать больше данных, более чистые данные, чтобы достичь его», — говорит Нунхуки.
Исследование было опубликовано в двух статьях в журнале .