Сигнал перших зірок виявлений

Найдавніші свідчення збудженого водню у Всесвіті перешкоджають утворенню зірок

Вже через 180 мільйонів років після Великого вибуху в космосі засяяли перші зірки - це виявляє радіосигнал на космічному тлі. © NRFuller / Національний науковий фонд
читати вголос

Космічна подорож у часі: Вже через 180 мільйонів років після Великого вибуху у Всесвіті засяяли перші зірки, як це довели астрономи. Вони виявили в космічному випромінюванні сигнал сигнал, який був створений цим першим зірком. Він походить від водню, який був збуджений УФ-випромінюванням зірок - це також найбільш раннє виявлення водню у Всесвіті, про що повідомляють дослідники у журналі "Природа".

Коли народилися перші зірки, у Всесвіті настала нова ера - вона стала світлою. Але коли це сталося, це дискусійно. Таким чином, дані супутників Планка про космічне випромінювання фону свідчать про те, що основна фаза утворення зірок почалася лише через 550 мільйонів років після Великого вибуху. Трохи пізніше, однак, астрономи виявили галактику, яка існувала через 400 мільйонів років після Великого вибуху.

Радіо підпис первісного водню

Зараз більше ясності передає радіосигнал з перших днів Всесвіту. Бо коли закінчився "темний вік", УФ-випромінювання молодих зірок змінило енергетичний стан навколишніх водневих хмар. Ці збуджені атоми водню залишили власний слабкий сигнал у радіоспектрі космічного фонового випромінювання. Це складається з дещо збільшеного поглинання при довжині хвилі 21 сантиметр.

"Це найперший показник того, що перші зірки утворилися і почали впливати на середовище навколо них", - пояснює співавтор Алан Роджерс з Массачусетського технологічного інституту (MIT). Але виявити цей водневий сигнал складно. "Джерела шуму можуть бути в десять тисяч разів сильнішими за цей сигнал - це трохи схоже на те, що сидіти посеред урагану і намагатися почути плескання колібрі", - пояснює Пітер Курчинський з Національного наукового фонду США.

Вид радіоспектрометра EDGES на західному узбережжі Західної Австралії. SIRO Австралія

Радіо антена в глибинці

Але саме цього досягли астрономи. Вони захопили найдавніший сигнал космічного водню. Це стало можливим за допомогою спеціально розробленої радіоантени EDGES (Експеримент з виявлення глобального підпису EoR). Прилад, розміром якого є лише таблиця, стоїть посеред західної частини Західної Австралії далеко від техногенних сигналів перешкод. дисплей

За допомогою цієї антени Джуд Боуман з Арізонського державного університету та його команда тепер виявили шукану раковину в радіохвилях космічного фону. "Профіль цього сигналу відповідає очікуванням 21-сантиметрового сигналу самих ранніх зірок", - йдеться у повідомленні астрономів. "Частота відповідає часу приблизно 180 мільйонів років після Великого вибуху".

Раннє виявлення водню та утворення зірок

Вперше астрономам вдалося зазирнути назад у вирішальну ра нашого космосу. "Це найбільш раннє безпосереднє виявлення сигналу від споконвічного газу водню", - каже Роджерс. Боуман додає: "Навряд чи ми колись заглянемо в історію перших зірок за життя".

R tselhaft: Раковина в профілі поглинання майже вдвічі глибша, ніж прогнозують теоретичні моделі. Це не дуже вписується в картину. "Ці результати вимагають певних змін у нашому розумінні ранньої еволюції нашого Всесвіту", - прокоментував Колін Лонсдейл з обсерваторії сіна MIT. "Це може вплинути на космологічні моделі і змусити теоретиків задуматися, як це пояснити".

Якщо це вимірювання підтвердиться, то космічне випромінювання фону було б або набагато спекотнішим, ніж вважалося раніше, або ранні хмари водню були майже вдвічі холоднішими, ніж вважалося раніше, лише близько трьох Кельвін.

Радіосигнал перших зірок - і як це можна пояснити. Національний науковий фонд

Чи винна темна матерія?

Але що могло так охолодити цей газ? Одну можливу причину пропонує Реннан Баркана з університету Тель-Авіва у другій статті "Природа". Таким чином, ранній водень може охолонути при взаємодії з темною речовиною. "Єдиний космічний компонент, який може бути холоднішим за ранній космічний газ, - це темна речовина", - вважає дослідник.

Однак, щоб надати цей ефект охолодження на космічний газ, частинки темної речовини повинні були б взаємодіяти з газом і бути лише трохи світлішими, ніж деякі маси протонів. Таким чином, раніше віддані переваги WIMP вийшли з гонки. Інші частинки, такі як аксіони або стерильні нейтрино, які розглядаються як частинки темної речовини, можуть виконати цю вимогу.

"Якби ця гіпотеза була підтверджена, то ми б дізналися щось нове та принципове про таємничу темну матерію", - каже Боуман. "Це дало б нам перший погляд на фізику поза стандартною моделлю". Новий погляд на перші дні нашого космосу викликає подальші хвилюючі питання - і ще раз демонструє, що у Всесвіті є кілька сюрпризів. (Природа, 2018; doi: 10.1038 / nature25792; doi: 10.1038 / nature25791)

(Массачусетський технологічний інститут, Національний науковий фонд, Арізонський державний університет, 01.03.2018 - НКО)