Астрономы, ищущие доказательства существования света от первых звёзд и галактик, обнаружили, что Вселенная была тёплой, а не холодной, до того как она «зажглась».
Команда под руководством Университета Кертина из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) искала неуловимую «Эпоху реионизации», используя телескоп Murchison Widefield Array (MWA), расположенный в радиоастрономической обсерватории Мучнисон на территории Wajarri Yamaji Country в Западной Австралии.
Первый этап исследования
«Наше исследование проводилось в два этапа. Во время первоначального исследования мы получили первые доказательства нагрева газа между галактиками почти через 800 миллионов лет после Большого взрыва», — сказала ведущий автор первого этапа исследования доктор Ридима Нунхоки.
Эпоха реионизации
Эпоха реионизации — это период в ранней истории Вселенной, который предсказан теорией, но ещё не обнаружен с помощью радиотелескопов. Она знаменует конец Космических тёмных веков, примерно через миллиард лет после Большого взрыва, когда газ между галактиками перешёл из непрозрачного состояния в прозрачное, позволяя свету от первых звёзд и галактик распространяться по Вселенной.
Доктор Нунхоки объяснила, что для изучения этого раннего периода Вселенной астрономы должны выделить слабый сигнал от Эпохи реионизации, идентифицировать и удалить все другие источники радиоволн во Вселенной из своих наблюдений.
«Эти источники включают излучение от близлежащих звёзд и галактик, помехи от атмосферы Земли и даже шум, генерируемый самим телескопом. Только после тщательного вычитания этих «сигналов переднего плана» оставшиеся данные позволят выявить сигналы от Эпохи реионизации», — сказала доктор Нунхоки.
Результаты исследования
Из этого исследования мы разработали методы борьбы с загрязнением переднего плана, вычитания сигналов, которые нам не нужны, а также лучше поняли наш телескоп и получили чистый сигнал.
Мы также смогли объединить данные MWA примерно за десять лет, чтобы наблюдать за небом дольше, чем когда-либо прежде. Это другая причина, по которой мы приблизились к обнаружению сигнала, как никогда ранее.
По словам команды, качество и количество этого нового набора данных сделали это открытие возможным. Холодная Вселенная дала бы сигнал, который был бы виден благодаря обширным возможностям MWA. Отсутствие этого сигнала исключает такой «холодный старт» реионизации и означает, что Вселенная должна была быть «предварительно нагрета» до того, как произошла реионизация.
Профессор Кэтрин Тротт, возглавляющая проект «Эпоха реионизации» в ICRAR, была ведущим автором второго этапа исследования.
«По мере эволюции Вселенной газ между галактиками расширяется и охлаждается, поэтому мы ожидали, что он будет очень, очень холодным», — говорит профессор Тротт.
«Наши измерения показывают, что он по крайней мере нагрет на определённую величину. Не сильно, но это говорит нам о том, что очень холодная реионизация исключена. Это действительно интересно».
Исследование предполагает, что этот нагрев, вероятно, вызван энергией от ранних источников рентгеновского излучения от ранних чёрных дыр и звёздных остатков, распространяющихся по Вселенной.
Будущие исследования
Уроки, извлечённые из обработки этих данных, станут толчком к поиску Эпохи реионизации с помощью телескопов SKA, которые в настоящее время строятся в стране Ваджарри в Западной Австралии и в Северном мысе Южной Африки.
«Все эти существующие методы помогут нам найти то, что мы ищем», — сказал доктор Нунхоки.
«Сигнал определённо скрыт там. Мы просто улучшаем наши данные и получаем больше данных, более чистых данных, чтобы достичь его».
Первоначальная статья «Limits on the 21cm power spectrum from MWA observations» и статья о втором этапе «Improved limits with the MWA using Gaussian information» опубликованы в The Astrophysical Journal.
Предоставлено Международным центром радиоастрономических исследований (ICRAR).