Ученые обнаружили первый свет во Вселенной после Большого Взрыва

Давным-давно, около 400 000 лет после возникновения Вселенной (Большого взрыва), Вселенная была темной. Не было звезд или галактик, а Вселенная была заполнена главным образом нейтральным газообразным водородом.

Затем, в течение следующих 50-100 миллионов лет, гравитация медленно стягивала самые плотные области газа, пока в конечном счете газ не вспыхнул в некоторых местах, образовав первые звезды.

Какими были эти первые звезды, как и когда они сформировались? Как они повлияли на остальную Вселенную? Это вопросы, над которыми давно размышляют астрономы и астрофизики.

Теперь, после 12 лет экспериментов, группа ученых, возглавляемая астрофизиком Джаддом Боуменом из Аризонского государственного университета, обнаружила «отпечатки пальцев» самых ранних звезд во Вселенной. Открытие является первым свидетельством самых старых предков нашего космического генеалогического древа, рожденного всего через 180 миллионов лет после возникновения Вселенной.

Чтобы сделать это открытие, команда Боумена использовала наземный инструмент под названием радиоспектрометр, расположенный в австралийской национальной научной службе (CSIRO) Мерчисонской радиоастрономической обсерватории (MRO) в Западной Австралии. В своем эксперименте по обнаружению глобальной подписи водорода, команда изучила средний радиоспектр всех астрономических сигналов, полученных на большей части южного полушария. В результате были обнаружены небольшие изменения мощности в зависимости от длины волны (или частоты).

Поскольку радиоволны поступают в наземную антенну, они усиливаются приемником, а затем оцифровываются и записываются компьютером, подобно тому, как работают FM-приемники и телевизионные приемники. Разница в том, что прибор очень точно откалиброван и рассчитан на максимально равномерное использование на многих радиоволнах.

Сигналы, обнаруженные радиоспектрометром в этом исследовании, исходили от первичного водородного газа, который заполнил юную Вселенную и существовал между всеми звездами и галактиками. Эти сигналы содержат множество информации, которая открывает новое окно о том, как сформировались и эволюционировали ранние звезды, а затем и черные дыры и галактики.

«Маловероятно, что мы сможем заглянуть в более ранний период в истории звезд в нашей жизни», — говорит Боумен. «Этот проект показывает, что многообещающий новый метод может работать и проложил путь десятилетиям новых астрофизических открытий».

Результаты этого эксперимента подтверждают общие теоретические ожидания того, когда сформировались первые звезды и основные свойства ранних звезд.

«То, что происходит в этот период, — говорит соавтор Роджерс из Обсерватории Массачусетского технологического института, — заключается в том, что часть излучения первых звезд начинает позволять видеть водород. Это приводит к тому, что водород начинает поглощать фоновое излучение, поэтому вы начинаете видеть его в силуэте, на определенных радиочастотах. Это первый реальный сигнал о том, что звезды начинают формироваться и начинают влиять на среду вокруг них».

Команда первоначально настроила свой инструмент, чтобы заглянуть в космическое прошлое, но в 2015 году решила расширить свой поиск. «Как только мы переключили нашу систему на этот более низкий диапазон, мы начали видеть то, что, по нашему мнению, могло бы стать настоящей подписью», — говорит Роджерс.

Исследование также показало, что газ во Вселенной был, намного холоднее, чем ожидалось (менее половины ожидаемой температуры). Это говорит о том, что либо в теоретических расчетах астрофизиков упущено из виду что-то существенное, либо это может быть первым доказательством нестандартной физики: в частности, что барионы (нормальная материя), возможно, взаимодействовали с темной материей в ранней Вселенной.

Источники: https://phys.org/news/2018-02-secrets-universe.html