Древний радиосигнал, возникший через 100 миллионов лет после Большого Взрыва, может помочь понять Космический Рассвет — период формирования первых звёзд, чёрных дыр и галактик, а также Эпоху Реионизации, когда первые звёзды ионизировали нейтральный водород. Новое международное исследование под руководством Кембриджского университета показывает, как самые первые звёзды повлияли на этот сигнал.
Несмотря на огромную скорость света и космические расстояния, ни один телескоп не может непосредственно наблюдать Космический Рассвет. В раннюю эпоху формирования сигнала атомы водорода перемещались в пустоты между областями звездообразования. Сегодня этот сигнал может помочь понять массу первых звёзд во Вселенной.
21-сантиметровый сигнал
В центре исследования находится «21-сантиметровый сигнал», названный так по длине волны фотонных излучений, возникающих при спин-флип-переходе нейтральных атомов водорода (когда спин электрона меняет ориентацию относительно протона). Новое исследование подчеркивает, как будущие достижения в радиоастрономии помогут учёным использовать этот сигнал для понимания возникновения современной Вселенной из ранней космической среды, где доминировал водород.
«Это исключительный шанс увидеть, как первый свет Вселенной появился из темноты. — утверждает соавтор исследования профессор Анастасия Фиальков из Института астрономии Кембриджа, руководитщая теоретической группой проекта REACH. Переход от холодной и темной Вселенной к мир с звёздами – это история, которую мы только начинаем постигать. ».
Прогресс в поиске радиосигнала
Сигнал очень слабый и тонкий, отражающий воздействие звезд и черных дыр на протяжении более 13 миллиардов лет. Два крупных проекта дадут астрономам инструменты для обнаружения и анализа этих сигналов с невероятной точностью.
Радиоэксперимент REACH — радиоантенная решётка, проходящая калибровку. Совместный проект Кембриджского университета и Университета Стелленбош в Южной Африке может стать важным для понимания потенциала 21-сантиметрового сигнала.
Второй значительный проект — Square Kilometre Array (SKA) — это масштабный международный радиотелескоп, возведение которого ведется сейчас. Инициатива правительств Австралии и Южной Африки предполагает создание обширной сети антенн для картирования колебаний радиосигналов на огромных участках неба. Запуск проекта ожидается в 2027 году.
Осознание нового источника данных
«Наша группа первой смоделировала зависимость 21-сантиметрового сигнала от массы первых звёзд, учтя влияние ультрафиолетового света и рентгеновского излучения от рентгеновских двойных систем, образующихся после гибели первых звёзд. », — пояснила Фиальков. «Результаты получены с помощью моделирования, которое включает исходный состав Вселенной, например, количество водорода и гелия, появившихся после Большого взрыва. ».
Исследование проанализировало влияние распределения массы первых звёзд на сигнал, обнаружив недооценку этой корреляции в предыдущих моделях. Новая работа учитывает количество и яркость двойных систем, состоящих из живой звезды и коллапсировавшего компаньона (рентгеновские двойные). Результаты показывают возможность использования статистического анализа данных REACH и SKA для лучшего понимания целых популяций ранних звёзд вместо зависимости только от визуализации с обсерваторий, таких как телескоп Джеймс Уэбб.
«Представление о связи радиоизлучения со становлением первых звёзд грандиозно повлияет на наш взгляд на историю Вселенной. », — заключила Фиальков.
«Наши прогнозы чрезвычайно важны для понимания самых ранних звёзд во Вселенной. «— заявил соавтор исследования доктор Элой де Лера Аседо, руководитель проекта REACH и ведущий специалист Кембриджского университета в проекте SKA. » Мы предоставляем доказательства возможности радиотелескопов выявлять массу первых звёзд и их различия с современными. ».
«Радиотелескопы, например REACH, могут разгадать секреты молодой Вселенной. Эти предположения очень важны для определения направлений радиоастрономических наблюдений, выполняемых в Кара (Южная Африка). ».