Международная команда астрономов впервые смогла с помощью наземных телескопов заглянуть на 13 миллиардов лет назад и наблюдать эпоху, когда первые звезды рассеяли космическую тьму. Этот период, примерно через 100-300 миллионов лет после Большого взрыва, называют «Космическим рассветом». Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal.
Астрономы встретили «космический рассвет», наступивший 13 миллиардов лет назад
Международная команда астрономов впервые смогла с помощью наземных телескопов заглянуть на 13 миллиардов лет назад и наблюдать эпоху, когда первые звезды рассеяли космическую тьму. Этот период, примерно через 100-300 миллионов лет после Большого взрыва, называют «Космическим рассветом». Это одна из самых важных эпох в истории Вселенной.
Телескопы CLASS наблюдают за небом над пустыней Атакама в Чили. NASA Goddard
После Большого взрыва свет не мог свободно распространяться, поскольку фотоны постоянно сталкивались со свободными электронами, и только когда Вселенная охладилась и электроны объединились с протонами, возникли первые нейтральные атомы водорода, а фотоны получили свободу движения. Этот «первый свет» мы сегодня наблюдаем как космическое микроволновое фоновое излучение (КМФИ). Но звезд еще не было.
Первые звезды появились примерно через 100-300 миллионов лет после Большого взрыва. После появления первых звезд их ультрафиолетовое излучение начало ионизировать нейтральный водород, выбивая электроны. Прямое наблюдение света первых звезд невозможно, поскольку он рассеивается на электронах.
Временная шкала метрического расширения пространства, где пространство, включая гипотетические ненаблюдаемые части Вселенной, каждый раз представлено круглыми сечениями. Слева резкое расширение происходит в эпоху инфляции, за ним — рождение микроволнового фона, далее — «темные века» и «космический рассвет».
Но свет, отраженный или рассеянный на свободных электронах, приобретает специфическую поляризацию, которую можно уловить высокочувствительными приборами. Именно этот слабый, но уникальный поляризованный сигнал и смогли зарегистрировать наземные телескопы CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor), расположенные в пустыне Атакама в Чили, что ранее удавалось только космическим обсерваториям.
Обычно такие сигналы ищут только с помощью спутников, поскольку с Земли их крайне сложно уловить: они почти полностью теряются на фоне атмосферных и температурных флуктуаций, и радиопомехами, создаваемыми человеком. Команда CLASS сравнила свои данные с наблюдениями спутников Planck и WMAP и выделила источники помех, что позволило сфокусироваться на искомом сигнале.
Блики на капоте
Космический микроволновый фон, оставшийся с момента зарождения Вселенной.
Что такое поляризация света попробовал образно объяснить один из соавторов работы Юньян Ли: «Когда свет попадает на капот вашей машины и вы видите блик — это поляризация. Чтобы видеть четко, вы надеваете поляризационные очки, чтобы убрать блики. Используя новый общий сигнал, мы можем определить, сколько из того, что мы видим, — это космические блики, отраженные от капота Космического рассвета, если можно так выразиться».
Измеряя вероятность того, что фотон КМФИ столкнется с электроном, выбитым из водорода первыми звездами, ученые смогли составить более ясную картину юного космоса. Как отметил руководитель проекта Тобиас Мэрридж, «многие считали, что это невозможно сделать с Земли... Но CLASS справился».