Загадочный сигнал из Тёмных веков: Вселенная оказалась теплее, чем мы думали

Задолго до того, как первые звёзды засияли, во Вселенной уже происходили процессы, которые изменили её температуру и судьбу. Новое открытие астрономов позволило заглянуть в один из самых загадочных периодов космической истории — эпоху, предшествующую реионизации, когда тьма уступала место свету.

Что происходило до рождения света

После Большого взрыва Вселенная оставалась горячим и плотным океаном частиц. Со временем она начала расширяться и остывать, и через сотни тысяч лет настал момент рекомбинации — когда электроны и протоны соединились в нейтральные атомы водорода. Именно тогда появилось космическое микроволновое излучение, зафиксированное позднее спутниками COBE и WMAP.

Однако после этого воцарились Тёмные века — эпоха без света и звёзд. Пространство заполнили облака нейтрального водорода, поглощающие любой проблеск излучения. В это время Вселенная была почти "невидимой" для наблюдателей, и только спустя сотни миллионов лет начали формироваться первые звёзды и галактики.

След раннего тепла

Учёные из Университета Кёртина и Международного центра радиоастрономических исследований смогли уловить радиосигнал, который пришёл из той далёкой эпохи. Они использовали данные радиотелескопа Murchison Widefield Array, расположенного на земле Ваджарри-Ямаджи в Западной Австралии. Телескоп фиксирует излучение с длиной волны 21 сантиметр, которое испускает нейтральный водород.

Это излучение уникально тем, что способно проходить сквозь вещество, не поглощаясь. Оно хранит информацию о первых миллионах лет жизни космоса, задолго до появления света. В течение десяти лет наблюдений исследователи очищали сигналы от шумов атмосферы и других источников, пока не выделили остаточный сигнал, не похожий ни на что известное ранее.

Результаты показали, что межгалактический газ уже имел повышенную температуру примерно через 800 миллионов лет после Большого взрыва. Это значит, что Вселенная не была такой холодной, как считалось раньше, и процессы нагрева начались задолго до появления звёзд.

"Измеренные нижние пределы спектра мощности исключают модели холодной реионизации", — пояснил автор исследования К.Д. Нанхоки.

Как это открытие меняет картину космоса

Ранее учёные полагали, что эпоха реионизации — момент, когда Вселенная стала прозрачной для света, — началась в условиях глубокого холода. Считалось, что единственным источником энергии тогда было постепенное сжатие и расширение материи. Однако данные Murchison Widefield Array показали, что температура газа была выше ожидаемой, что полностью меняет представление о том, как формировались первые объекты.

"Мы видим умеренный, но значительный нагрев межгалактического газа", — отметила радиоастроном Кэтрин Тротт.

Учёные полагают, что источник тепла мог исходить от рентгеновского излучения первых чёрных дыр или остатков массивных звёзд. Эти объекты выделяли энергию, которая распространялась сквозь туман водорода, нагревая пространство задолго до того, как свет стал видимым.

Когда космос перестал быть холодным

Эпоха реионизации наступила примерно через миллиард лет после Большого взрыва. Именно тогда излучение звёзд и галактик начало рассеивать нейтральный водород, превращая его в ионизированный. Этот процесс сделал Вселенную прозрачной. Но если межгалактический газ был уже нагрет, значит, космос перешёл в эту фазу быстрее, чем считалось ранее.

Таким образом, открытия австралийских астрономов указывают, что уже на ранних этапах существовали структуры — мини-квазары, звёздные остатки и первые галактики, — которые могли воздействовать на температуру окружающей среды. Иными словами, невидимая энергия предшествовала появлению видимого света.

Что дальше покажет "Джеймс Уэбб"

Сегодня космологи пересматривают свои модели раннего космоса. Новые наблюдения телескопа James Webb Space Telescope (JWST) могут подтвердить, что первые источники энергии существовали задолго до звёзд. Благодаря инфракрасной чувствительности "Джеймс Уэбб" способен увидеть самые древние галактики и проследить, как из темноты рождался свет.

NASA уже использует эти данные для уточнения сценариев эволюции ранней Вселенной. Возможность соединить радиоизлучение с инфракрасными наблюдениями открывает путь к пониманию того, как первые кванты света прорезали космическую тьму.

А что если ранний нагрев был закономерен?

Некоторые исследователи допускают, что нагрев не был исключением, а естественным следствием процессов аккреции вещества — когда материя постепенно оседает на формирующиеся объекты, выделяя энергию. Если это так, то Вселенная могла быть активной гораздо раньше, чем мы привыкли думать, а первые протогалактики формировались в "теплой" среде, способствовавшей ускоренному росту.

Плюсы и минусы нового сценария

Интересные факты

1. 21-сантиметровая линия водорода используется не только для изучения древнего космоса, но и для картографирования современного Млечного Пути.

2. Murchison Widefield Array состоит из более 4000 антенн и работает полностью автоматически, собирая терабайты данных каждую ночь.

3. Радиоволны, пришедшие от эпохи Тёмных веков, путешествовали к нам более 13 миллиардов лет.

FAQ

Когда началась эпоха реионизации?
Примерно через миллиард лет после Большого взрыва, когда первые звёзды начали ионизировать межгалактический водород.

Почему важна длина волны 21 см?
Она позволяет исследовать нейтральный водород, невидимый в обычном диапазоне, и восстанавливать картину ранней Вселенной.

Может ли "Джеймс Уэбб" подтвердить эти данные?
Да, инфракрасные наблюдения телескопа помогут уточнить время появления первых источников излучения и подтвердить факт раннего нагрева.

Мифы и правда

Миф: Вселенная оставалась холодной до появления первых звёзд.
Правда: Новые исследования показывают, что нагрев начался задолго до этого момента — из-за рентгеновских источников или аккреции вещества.

Миф: Все модели раннего космоса полностью подтверждены.
Правда: Наблюдения с Murchison Widefield Array заставляют пересматривать фундаментальные теории о зарождении света.

Миф: Эпоха Тёмных веков — время полного бездействия.
Правда: Даже тогда происходили энергетические процессы, которые подготовили Вселенную к свету.

Исторический контекст

1. 1992 год — спутник COBE впервые зафиксировал микроволновое фоновое излучение.

2. 2001 год — миссия WMAP уточнила температуру и возраст ранней Вселенной.

3. 2020-е годы — радиотелескопы нового поколения (LOFAR, MWA, HERA) начали искать следы Тёмных веков.