21 сантиметров - этот сигнал может перевернуть наше представление о космосе

Космическое эхо: древний сигнал раскрывает тайны Вселенной

Астрономы и космологи постоянно стремятся разгадать тайны Вселенной, понять ее происхождение и эволюцию.

Недавнее международное исследование под руководством Кембриджского университета открывает новые возможности для изучения ранней Вселенной, используя древний радиосигнал, возникший всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва.

Космический рассвет: недостижимое прошлое

Космический рассвет — это период, когда сформировались первые звезды, черные дыры и галактики. Этот период является одним из самых загадочных в истории Вселенной, и его прямое наблюдение остается недостижимым для современных телескопов.

Однако древний радиосигнал, о котором идет речь, может стать ключом к пониманию этого эпохального события.

21-сантиметровый сигнал: ключ к разгадке

Сигнал, лежащий в центре исследования, известен как "21-сантиметровый сигнал”. Он возникает в результате спин-флип-перехода нейтральных атомов водорода — явления, когда спин электрона меняет ориентацию относительно протона. Этот сигнал может рассказать о том, как ранние звезды повлияли на окружающую среду.

В ту раннюю эпоху сигнал сформировался, когда атомы водорода проникали в пустоты между областями звездообразования. Изучение этого сигнала может пролить свет на массы первых звезд во Вселенной, их свойства и влияние на окружающее пространство.

Новые инструменты: REACH и SKA

Новое исследование подчеркивает, как будущие достижения в радиоастрономии помогут ученым использовать 21-сантиметровый сигнал для понимания того, как современная Вселенная возникла из ранней космической среды, где доминировал водород.

Для этого будут использоваться новые инструменты, такие как Радиоэксперимент по анализу космического водорода (REACH) и международный радиотелескоп Square Kilometre Array (SKA).

Радиоэксперимент по анализу космического водорода (REACH) — это радиоантенная решётка, находящаяся в фазе калибровки. Совместный проект Кембриджского университета и Университета Стелленбош в Южной Африке может сыграть ключевую роль в раскрытии потенциала 21-сантиметрового сигнала.

Другой крупный проект — Square Kilometre Array (SKA) — это масштабный международный радиотелескоп, который сейчас строится. Совместная инициатива правительств Австралии и Южной Африки, SKA будет включать обширную сеть антенн, предназначенных для картирования колебаний радиосигналов на огромных участках неба.

Распределение масс первых звезд

Исследование изучило, как распределение масс первых звезд повлияло на 21-сантиметровый сигнал. Ученые выяснили, что предыдущие модели недооценивали эту корреляцию.

Это связано с тем, что предыдущие модели не учитывали количество и яркость двойных систем, состоящих из живой звезды и коллапсировавшего компаньона — так называемых рентгеновских двойных.

Рентгеновские двойные: новый взгляд на Вселенную

Новое исследование учитывает количество и яркость рентгеновских двойных, что позволяет получить более точную картину формирования ранней Вселенной. Эти двойные системы влияют на ионизацию водорода и, следовательно, на 21-сантиметровый сигнал.

Результаты команды показывают, что вместо того, чтобы полагаться только на данные визуализации с таких обсерваторий, как телескоп Джеймс Уэбб, ученые могут использовать статистический анализ данных REACH и SKA, чтобы лучше понять целые популяции ранних звёзд. Это позволит получить более полную картину Космического рассвета и эволюции Вселенной.