Міжнародна група астрофізиків знайшла новий метод оцінки температури молодого Всесвіту — лише через 880 мільйонів років після Великого Вибуху. Він дав змогу вперше виміряли температуру (в таку ранню епоху існування Всесвіту) космічного мікрохвильового фонового випромінювання — релікта енергії, що була вивільнена внаслідок Великого Вибуху.
Згідно з нині прийнятою космологічною моделлю, Всесвіт охолов після Великого Вибуху — і продовжує це робити. Модель також описує, як має відбуватися процес охолодження, але поки що це було прямо підтверджено лише для відносно недавніх космічних часів. Відкриття не тільки встановлює дуже ранню віху для значення космічної фонової температури, але також може мати наслідки для пошуків загадкової темної енергії. Статтю науковців оприлюднив журнал Nature.
Науковці вивчали HFLS3 (масивна галактика зі спалахом зореутворення) на відстані, що відповідає віку Всесвіту лише 880 мільйонів років після Великої Вибух. Її спостерігали в обсерваторії «Північний розширений міліметровий масив антен» (Northern Extended Millimeter Array, NOEMA) у французьких Альпах — це найпотужніший радіотелескоп у Північній півкулі. Вони виявили екран із холодної водяної пари, який відкидає тінь на космічне мікрохвильове фонове випромінювання. Тінь виникає тому, що більш холодна вода поглинає тепліше мікрохвильове випромінювання на своєму шляху до Землі, а міра її чорноти вказує на різницю температур. Оскільки температуру води можна визначити з інших спостережуваних властивостей процесу зореутворення, то це дозволило визначити температуру космічного мікрохвильового фонового випромінювання, яка в той час була приблизно в сім разів вищою, ніж у сучасному Всесвіті.
«Окрім доказу охолодження, це відкриття також показує нам, що Всесвіт у зародковому стані мав деякі досить специфічні фізичні характеристики, які нині вже не існують», — сказав перший автор статті в Nature, професор Домінік Річерс (Dominik Riechers) з Інституту астрофізики Кельнського університету. «Досить рано, приблизно через 1,5 мільярда років після Великого Вибуху, космічний мікрохвильовий фон був уже занадто холодним, щоб цей ефект можна було спостерігати. Тому ми маємо унікальне вікно спостереження, що є відкритим лише для дуже молодого Всесвіту», — продовжив він. Іншими словами, якби сьогодні існувала галактика з такими ж властивостями, як HFLS3, тінь від води не можна було б спостерігати, бо потрібного контрасту в температурах більше не існувало б.
Обсерваторія «Північний розширений міліметровий масив антен» (Northern Extended Millimeter Array, NOEMA). Унікальна роздільна здатність цього радіотелескопа дала змогу астрономам досліджувати ранній Всесвіт і знайти новий метод вимірювання температури космічного мікрохвильового фонового випромінювання. NOEMA — найпотужніший радіотелескоп у Північній півкулі. Обсерваторія працює на висоті понад 2500 метрів над рівнем моря на одному з найпротяжніших європейських високогірних місць, Плато де Буре у французьких Альпах. Телескопом управляє Інститут міліметрової радіоастрономії (Institut de Radioastronomie Millimétrique, IRAM). Його роботу фінансують Товариство Макса-Планка (Німеччина), Національний центр наукових досліджень (Франція) та Національний географічний інститут (Іспанія). Фото з сайту https://phys.org.
«Цей важливий результат не тільки підтверджує очікувану тенденцію похолодання для набагато більш ранньої епохи, ніж це було можливо виміряти раніше, але також може мати прямі наслідки щодо природи невловимої темної енергії», — сказав співавтор дослідження доктор Аксель Вайс (Axel Weiss) з Інституту радіоастрономії Макса Планка (Max Planck Institute for Radio Astronomy, MPIfR) у Бонні. Темна енергія, як вважають вчені, відповідає за прискорене розширення Всесвіту в останні кілька мільярдів років, але її властивості досі погано з’ясовано, бо її неможливо прямо спостерігати за допомогою наявних натепер засобів та інструментів. Однак її властивості впливають на хід космічного розширення, а отже, і на швидкість охолодження Всесвіту за космічний час. Результати цього дослідження вказують на те, що властивості темної енергії є — наразі — узгодженими з властивостями «космологічної сталої» Айнштайна. «Тобто Всесвіт, що розширюється, в якому щільність темної енергії не змінюється», — пояснив Вайс.
Виявивши одну таку хмару холодної води у ранньому Всесвіті в галактиці зі спалахом процесу формування зір, наукова група тепер планує знайти багато інших. Мета науковців — скласти мапу охолодження «відлуння» (ідеться про космічне мікрохвильове фонове випромінювання — Ред.) Великого Вибуху протягом перших 1,5 мільярдів років космічної історії. «Цей метод дає важливе нове розуміння еволюції Всесвіту, яку дуже важко досліджувати іншим чином у такі ранні епохи», — сказав Річерс.
«Наша група за допомогою NOEMA вже вивчає околиці інших галактик», — сказав співавтор дослідження та науковець проєкту NOEMA доктор Роберто Нері (Roberto Neri). «З очікуваним покращенням точності завдяки дослідженню більших зразків водяних хмар, маємо з’ясувати, чи правильним є наше поточне базове розуміння розширення Всесвіту».
За інф. з сайту https://phys.org
