Науковці довели, що Всесвіт не був повністю темним після Великого вибуху

Нові дані з радіотелескопа Murchi­son Wide­field Array в Австралії свідчать, що міжгалактичний газ у ранньому Всесвіті міг бути теплішим, ніж вважалося раніше. Астрономи виявили ознаки нагрівання космосу за сотні мільйонів років до появи перших зірок, ще до того, як галактики почали світитися. Це відкриття змінює уявлення про так звану епоху темряви — період, коли Всесвіт був заповнений охолодженим воднем і не мав джерел світла.

Після Великого вибуху, що стався приблизно 13,8 мільярда років тому, Всесвіт розширювався й охолоджувався. Через кількасот тисяч років утворився нейтральний водень, і настала темна епоха. Лише з часом гравітація почала стискати газ у щільні хмари, з яких виникли перші зорі та чорні діри. Їхнє випромінювання зруйнувало водневу завісу в процесі реіонізації, відкривши шлях світлу. Але ще до цього моменту щось уже підігрівало міжгалактичний газ — саме це намагалися з’ясувати дослідники з Центру радіоастрономічних досліджень (ICRAR).

Команда вивчала 21-сантиметрову лінію водню — слабкий радіосигнал, що виникає при зміні орієнтації спінів протона й електрона. Цей сигнал дозволяє визначити температуру газу в епоху, коли зір ще не існувало. Після очищення даних від шумів, спричинених галактиками, атмосферою та інструментом, дослідники очікували побачити ознаки дуже холодного водню. Але сигналу не виявили — натомість дані свідчать про відсутність глибокого холоду, що вказує на попереднє нагрівання, можливо, рентгенівським випромінюванням перших чорних дір або світлом масивних зірок.

«Ми очікували побачити надзвичайно холодний газ, але наші вимірювання показують, що він був хоча б частково нагрітий. Не сильно, але достатньо, щоб виключити сценарій повністю холодної реіонізації», — зазначила професорка Кетрін Тротт з Університету Кертін. Хоча сам сигнал не вдалося зафіксувати безпосередньо, дослідники створили найчистішу карту раннього радіовсесвіту, що стало можливим завдяки новим методам обробки даних.

Це дослідження є важливим кроком перед запуском радіотелескопа Square Kilo­me­tre Array (SKA), який матиме достатню чутливість для прямого виявлення водневих сигнатур. За словами співавторки Рідхіми Нунхокі, SKA дозволить глибше дослідити епоху темряви. До того часу слабкий слід водню нагадує, що навіть у найтемніші періоди історії Всесвіту він не був повністю холодним.