Впервые ученые использовали наземные телескопы, чтобы заглянуть в космическую зарю — эпоху более 13 миллиардов лет назад, когда свет первых звезд начал менять облик нашей Вселенной. Остаточный свет этой древней эпохи имеет длину волны в несколько миллиметров и является чрезвычайно слабым, а это означает, что, хотя космические обсерватории и смогли заглянуть в него, сигнал заглушается электромагнитным излучением в атмосфере Земли до того, как наземные телескопы успевают обнаружить первичный свет. Но теперь, развернув специально разработанный телескоп, ученые проекта Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) обнаружили следы, которые первые звезды оставили на фоне света Большого взрыва . Они опубликовали свои выводы 11 июня в The Astrophysical Journal .
«Люди думали, что это невозможно сделать с земли», — сказал в своем заявлении соавтор исследования Тобиас Марридж , руководитель проекта CLASS и профессор физики и астрономии в Университете Джонса Хопкинса. «Астрономия — область, ограниченная технологиями, а микроволновые сигналы от Cosmic Dawn, как известно, трудно измерить. Наземные наблюдения сталкиваются с дополнительными трудностями по сравнению с космическими. Преодоление этих препятствий делает это измерение значительным достижением». Обсерватория CLASS расположена на высоте 16 860 футов (5 138 метров) в Андах пустыни Атакама на севере Чили. Телескоп, который получил свой первый свет в 2016 году, настроен на наблюдение за небом на микроволновых частотах. Помимо возможности картографировать 75% ночного неба , беспрецедентная чувствительность телескопа позволяет ему принимать микроволновые сигналы с космической зари или первого миллиарда лет жизни Вселенной.
В течение первых 380 000 лет после Большого взрыва вселенная была заполнена облаком электронов, настолько плотным, что свет не мог пройти сквозь него. Но в конечном итоге наш космос расширился и остыл, и электроны были захвачены протонами, образовав атомы водорода. Эти атомы водорода не только позволили микроволновому свету свободно перемещаться — заполняя пространство космическим микроволновым фоном (CMB), — но также, где он был достаточно плотным, коллапсировал под действием гравитации и воспламенялся, образуя первые звезды. Затем свет от этих звезд повторно ионизировал карманы не слипшегося водородного газа, разделяя их электроны так, что некоторые из них сталкивались со светом от CMB, заставляя его поляризоваться. Сигнал от этой поляризованной части реликтового излучения является важной частью космологической головоломки; без него наша картина ранней Вселенной остается размытой. И хотя усилия прошлых космических телескопов, таких как зонд Уилкинсона для измерения анизотропии микроволнового излучения (WMAP) НАСА и космический телескоп «Планк» Европейского космического агентства , частично заполнили этот пробел, их изображения содержат шум и, поскольку это спутники, их нельзя настраивать и улучшать после вывода на орбиту. «Более точное измерение этого сигнала реионизации является важным рубежом в исследовании космического микроволнового фона», — говорится в заявлении соавтора Чарльза Беннетта , профессора физики в Университете Джонса Хопкинса, возглавлявшего космическую миссию WMAP. Чтобы прийти к этим наблюдениям, исследователи сравнили данные телескопа CLASS с данными миссий Planck и WMAP, сузив общий сигнал для поляризованного микроволнового света. «Для нас Вселенная — это как физическая лаборатория. Более точные измерения Вселенной помогают нам лучше понять темную материю и нейтрино, многочисленные, но неуловимые частицы, заполняющие Вселенную», — добавил Беннетт. «Анализируя дополнительные данные CLASS в будущем, мы надеемся достичь максимально возможной точности».
фото: Художественная иллюстрация ранней Вселенной. (Изображение предоставлено: Shutterstock)