Вчені довели, що космічний сигнал, який триває 13 мільярдів років, містить дані про зародження Весвіту

Астрономи відкрили новий спосіб вивчати перші зорі у Всесвіті — об’єкти, які надто далекі та тьмяні, щоб їх можна було побачити безпосередньо. Ключ до цього — давній радіосигнал на довжині хвилі 21 сантиметр, який випромінювали атоми водню невдовзі після Великого вибуху.

Розуміння того, як Всесвіт перейшов від повної темряви до перших променів зоряного світла, є одним із головних завдань сучасної космології. Цей період, відомий як Космічний світанок, залишається практично невидимим навіть для найпотужніших телескопів. Проте міжнародна група дослідників на чолі з Університетом Кембриджа показала, що інформацію про маси перших зірок можна отримати, аналізуючи 21-сантиметровий сигнал — слабке відлуння водню, яке виникло всього через сто мільйонів років після народження Всесвіту.

Вчені продемонстрували, що радіохвилі, які пройшли понад 13 мільярдів років, несуть сліди впливу перших світил і чорних дір. Їхні моделі свідчать: майбутні радіообсерваторії зможуть визначити, як ранні зорі змінювали властивості міжзоряного водню, і відтворити процес, у результаті якого холодний рівномірний космос перетворився на складну структуру з галактиками та скупченнями.

Дослідження пов’язане з двома ключовими проєктами — REACH (Radio Exper­i­ment for the Analy­sis of Cos­mic Hydro­gen) та Square Kilo­me­ter Array (SKA). REACH — це спеціальна радіоантена, яка зараз проходить етап калібрування і має реєструвати сигнали з епохи Космічного світанку, тоді як SKA, що будується в Південній півкулі, створить карту коливань космічного водню на величезних ділянках неба. За словами науковців з Інституту астрономії Кембриджа, яка очолює теоретичну групу REACH, моделювання показало, що інтенсивність сигналу чутлива до мас перших зірок і залежить від випромінювання ультрафіолету та рентгенів, що виникають після їхньої загибелі.

На відміну від оптичних телескопів, таких як «Джеймс Вебб», які дають прямі зображення, радіоастрономія працює зі статистичними даними. REACH і SKA не зможуть побачити окремі зорі, але здатні виявити властивості цілих популяцій — зокрема кількість і яскравість систем, де масивні зорі утворюють пари з компактними залишками. Саме ці так звані рентгенівські подвійні зорі, за словами дослідників, мають вирішальний вплив на форму 21-сантиметрового сигналу.

«Це унікальна можливість дізнатися, як перше світло Всесвіту виринуло з темряви, — пояснюють дослідники. — “Наші передбачення показують, що радіотелескопи зможуть розповісти про маси перших зірок і про те, наскільки вони відрізнялися від сучасних».

Як зазначає співавтор доктор Елой де Лера Аседо, керівник телескопа REACH, ці дослідження мають вирішальне значення для майбутніх спостережень із південноафриканського регіону Кару, де ведуться роботи над установкою.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Astron­o­my.