Когда загорелись первые звезды и галактики?
Новое исследование предполагает, что темные века полностью закончились около 12 миллиардов лет назад. Это когда первое поколение звезд и галактик осветило вселенную.
Подсчитано, что нашей вселенной 13,8 миллиардов лет с неопределенностью 21 миллион лет при уровне доверия 68%.
Самое раннее поколение звезд и галактик сформировалось примерно через 500 миллионов лет после Большого взрыва. Первое поколение звезд, называемое звездами населения III, было первым источником видимого света во вселенной.
Они еще не наблюдались, но считается, что они неметаллические, в 100-300 раз массивнее Солнца и имеют относительно короткое время жизни. Когда появились эти звезды, Темные века медленно закончились.
Некоторые теории указывают на то, что некоторые из этих звезд все еще горят сегодня. Данные, однако, не точны: точные сроки все еще исследуются. Новое исследование предполагает, что темные века полностью закончились только около 12 миллиардов лет назад, когда Вселенная приняла свой нынешний вид.
Данные, собранные с помощью радиотелескопа Murchison Widefield Array (MWA), сделали ученых еще на один шаг ближе к обнаружению сверхслабого сигнала с самых ранних этапов существования Вселенной, когда первые звезды освещали космос.
Изучение эпохи реионизации (EoR) может раскрыть важную информацию об эволюции Вселенной на ранних стадиях, а также о рентгеновских и ультрафиолетовых свойствах первых галактик.
Первым типом молекулы, которая сформировалась во вселенной, были ионы гидрида гелия. Каждая из этих заряженных молекул состояла из положительно заряженного атома водорода и нейтрального атома гелия. Они образовались примерно через 100 000 лет после Большого взрыва.
Положительно заряженные атомы водорода воссоединились со своими электронами (образуя нейтральный водород), когда Вселенная остыла и расширилась. Около 12 миллиардов лет назад атомы начали объединяться в звезды и галактики. Интенсивное излучение от этих объектов реионизировало нейтральный водород, и, таким образом, большинство нейтральных атомов водорода исчезло из межзвездного пространства.
MWA пытается обнаружить эти нейтральные атомы из темных веков и определить, как они эволюционировали по мере развертывания эпохи реионизации. В случае успеха наблюдения могли бы выявить важные детали о первых звездах и галактиках. Однако, улавливание этих сигналов является сложной задачей и требует чрезвычайно чувствительных инструментов.
Поймать нейтральный сигнал водорода
MWA - это массив из 2048 радиоантенн, работающих в диапазоне частот от 70 до 300 МГц. Он используется для обнаружения излучения нейтрального атомарного водорода из космологического EoR.
Однако, сигнал, который пытаются обнаружить исследователи, слишком слабый. Нейтральный водород испускает излучение на длине волны 21 см, но в течение 12 миллиардов лет сигнал от эпохи реионизации растянулся до 200 см.
Миллионы других источников (включая созданные человеком объекты и естественные источники, такие как другие галактики) излучают излучение на той же длине волны, поэтому эти сигналы трудно обнаружить.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи использовали сотни передовых методов обработки, учитывая уникальные частотные характеристики самого прибора. Новая конфигурация MWA показала некоторую интересную информацию.
Результаты установили самый низкий предел для силы сигнала нейтрального водорода. Это может помочь исследователям точно ограничить время появления первых звезд в космосе.
Это 2-ые последовательные данные о наилучшем предельном сроке, представленные MWA. Исследователи полагают, что такие эксперименты однажды идентифицируют труднодоступную подпись EoR.