В ходе исследования ученые получили первые доказательства нагрева газа между галактиками почти через 800 миллионов лет после Большого взрыва.
Астрономы из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) при Университете Кёртина (Австралия) выяснили, что межгалактический газ в ранней Вселенной был уже теплым задолго до того, как загорелись первые звезды и галактики. Телескоп Murchison Widefield Array (MWA), развернутый в радиообсерватории Мерчисон в Западной Австралии, позволил исследовать эпоху реионизации. Результаты опубликованы в Astrophysical Journal.
Сигналы из глубины космоса
Стоит отметить, что первые мгновения после Большого взрыва были невероятно горячими, с температурами в миллиарды градусов. Но эпоха реионизации это значительно более позднее время, почти через 800 миллионов лет после Большого взрыва.
К этому моменту Вселенная успела сильно остыть, газ между галактиками стал почти холодным, и «Темные века» длились до появления первых звезд и галактик, которые начали нагревать и ионизировать этот газ.
Чтобы добраться до этого крошечного сигнала, астрономы столкнулись с лавиной помех: радиосигналы от близлежащих звезд, шум атмосферы, а также собственные ограничения телескопа.
«Без тщательного вычитания „фоновых“ сигналов мы бы никогда не увидели эпоху реионизации», — объяснила доктор Ридхима Нунхоки, ведущий автор исследования.
За почти десять лет наблюдений команда смогла объединить данные и провести непрерывный анализ, что дало возможность заметить слабое, но значимое тепло газа. Если бы Вселенная начиналась «с холодной стартовой позиции», сигнал был бы совсем другим. Факты показали, что это не так: газ уже имел заметную температуру до того, как первые звезды зажглись.
Чтобы отделить сигнал эпохи реионизации от всего остального, исследователи разработали специальные алгоритмы очистки данных. Эти методы позволяют «сгладить» шум, убрать земные помехи и учесть влияние близлежащих источников излучения. С помощью объединенных наблюдений MWA астрономы получили наиболее детальную на сегодня радиокару космоса этого периода.
«Качество и объем данных сыграли ключевую роль», — говорит профессор Кэтрин Тротт, возглавляющая проект.
Как газ мог нагреться
Предполагается, что легкий нагрев исходил от рентгеновского излучения первых черных дыр и остатков массивных звезд. Это объясняет, почему сигнал показал, что газ не был ледяным, а уже содержал некоторый запас энергии.
Профессор Тротт отмечает:
«По мере развития Вселенной газ между галактиками расширяется и охлаждается, поэтому можно было бы ожидать, что он будет очень, очень холодным. Но наши измерения исключают сценарий крайне холодной реионизации и помогают понять, какие источники энергии влияли на космос на самых ранних этапах».
Эти данные дают фундамент для будущих наблюдений с помощью телескопов SKA, которые строятся в Австралии и Южной Африке. Методы очистки данных и объединения наблюдений позволят определить скрытый сигнал еще точнее. Это важно для понимания формирования первых звезд, галактик и ранних черных дыр, а также для построения полной картины ранней Вселенной.
Доктор Нунхоки резюмирует: «Сигнал скрыт под шумом, но он там. Нам нужно больше данных и терпение, чтобы увидеть его во всей красе».