Королевская звезда Юга возвращается, чтобы отметить осенние небеса. Вот как её найти
Радиотелескоп в пустыне Западной Австралии помог учёным заглянуть почти на 13 миллиардов лет в космическую историю, и то, что они обнаружили, бросает вызов устоявшимся теориям. Ранняя Вселенная, которая, как считалось ранее, была холодной до зарождения первых звёзд, по-видимому, нагрелась раньше, чем ожидалось.
Открытие
Открытие сделано на основе данных, собранных в течение десяти лет с помощью Murchison Widefield Array (MWA). Этот специализированный низкочастотный радиотелескоп был разработан для обнаружения слабых сигналов от нейтрального водорода — одного из немногих ключей, оставшихся от самых ранних дней Вселенной. Исследователи использовали его для изучения конца «космических тёмных веков», таинственного периода после Большого взрыва и до формирования первых галактик.
Результаты важны, поскольку они противоречат широко принятой модели «холодного старта» эпохи реионизации — фазы, которая изменила Вселенную такой, какой мы её знаем. Согласно этой модели, газ между галактиками оставался бы чрезвычайно холодным до тех пор, пока ультрафиолетовое излучение от первых звёзд не начало бы его ионизировать. Но новые данные указывают на то, что нагрев уже начался.
Учёные обнаружили признаки раннего нагрева Вселенной
Команда под руководством Кэтрин Тротт из Университета Кертина искала очень специфический радиосигнал. Если бы ранняя Вселенная действительно была ледяно-холодной, нейтральный водород должен был бы излучать обнаруживаемый сигнал на определённых радиочастотах. Но данные MWA не показали его следов.
«Наши измерения показывают, что он хотя бы частично нагрет», — сказала Тротт в интервью Popular Mechanics. «Не сильно, но это говорит нам о том, что очень холодная реионизация исключена».
Это отсутствие указывает на наличие рентгеновского излучения, которое могло постепенно нагревать межгалактический газ задолго до появления первого видимого света. По оценкам, этот нагрев произошёл примерно через 800 миллионов лет после Большого взрыва.
Десять лет космического шума отфильтрованы для поиска ответов
Murchison Widefield Array, работающий в диапазоне от 70 до 300 МГц, уникально подходит для обнаружения слабых излучений от нейтрального водорода, относящихся ко времени эпохи реионизации. Но выделить эти сигналы непросто. Слабые данные часто заглушаются гораздо более мощными радиоизлучениями от атмосферы Земли, близлежащих галактик и других космических источников.
Чтобы отделить шум от реальных данных, команда использовала обширные методы фильтрации и вычитания, используя десятилетние наблюдения. Согласно исследованию, опубликованному в The Astrophysical Journal, прорыв произошёл не от обнаружения чего-то, а от окончательного отсутствия сигнала, предсказанного теорией холодного старта.
Соавтор Ридима Нунхоки из Университета Кертина отметила, что информация, вероятно, есть, скрытая под слоями помех.
«Сигнал определённо там», — сказала она. «Просто нужно улучшить наши данные и получить больше данных, более чистых данных, чтобы достичь его».
Как на самом деле выглядел космический тёмный век
До появления первых звёзд Вселенная пережила период, длившийся почти миллиард лет, в течение которого она была заполнена нейтральным водородом и не имела видимого света — фазу, часто называемую космическими тёмными веками. Примерно через миллиард лет после Большого взрыва всё начало меняться, когда образовались первые звёзды и начали излучать ультрафиолетовое излучение, что вызвало эпоху реионизации.
Традиционно считалось, что Вселенная оставалась холодной на протяжении тёмных веков до этого момента. Но новые данные опровергают это предположение. Как отмечает Live Science, раннее появление нагрева предполагает более сложную и активную Вселенную, чем считалось ранее, с такими процессами, как формирование чёрных дыр, уже влияющими на межгалактическую среду.
С продолжающейся модернизацией таких инструментов, как MWA, и планированием будущих обсерваторий исследователи надеются приблизиться к разгадке того, что произошло в эти далёкие, формирующие периоды космической эволюции.