Первая звёздная заря: учёные приблизились к разгадке появления первых светил во Вселенной
Учёные сделали шаг навстречу разгадке одной из главных космических тайн — появлению первых звёзд, которые озарили тьму после Великого взрыва. Возможно, слабый радиосигнал, дошедший до нас из глубин космоса и времени, хранит информацию о том, как во Вселенной зажёгся первый свет.
Этот сигнал может быть связан с нейтральным водородом — самым распространённым веществом в молодой Вселенной, который заполнял космос в течение первых 100 миллионов лет. Астрономы считают, что именно в его излучении могли сохраниться отпечатки влияния первых звёзд.
Пока прямых наблюдений этих светил не существует. Однако грядущие технологические прорывы — в частности, сверхчувствительные радиотелескопы, такие как международный проект Square Kilometer Array (SKA), строящийся в Австралии и Южной Африке, и эксперимент REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen) — могут изменить ситуацию. Эти приборы способны уловить древний сигнал и дать представление о массе и природе звёзд, ставших первыми источниками света во Вселенной.
«Это шанс впервые заглянуть в эпоху, когда космос проснулся от тьмы и появился первый свет», — отмечает астроном Анастасия Фиалков из Кембриджского университета и Института космологии Кавли.
После Большого взрыва Вселенная представляла собой плотный океан раскалённой плазмы, где существовали лишь ядра атомов и свободные электроны. По мере остывания материя начала объединяться: появились первые атомы водорода и немного гелия. Однако звёзды, несмотря на это, не сформировались сразу. Космос долгое время оставался тёмным, без источников света.
Считается, что первые звёзды образовались именно из нейтрального водорода. По предположениям учёных, эти светила были гигантскими — в тысячи раз массивнее Солнца — и существовали очень недолго. Именно это делает их наблюдение особенно сложным: они исчезли, не оставив после себя прямых следов.
Но возможные косвенные улики сохранились в излучении нейтрального водорода, испускавшего радиоволны длиной 21 сантиметр. Эти волны могут рассказать, как именно звёзды повлияли на окружающую среду. Недавняя работа, проведённая под руководством астрофизика Томаса Гесси-Джонса из Кембриджа, впервые показала, как свойства этих звёзд можно "прочитать" в этом сигнале.
«Мы смоделировали, как излучение первых звёзд — ультрафиолетовое и рентгеновское — влияет на 21-сантиметровый сигнал, и установили зависимость от их массы», — поясняет Фиалков. В расчётах учитывались реальные условия ранней Вселенной: состав вещества, плотность газа и последствия гибели первых звёзд.
Когда такие звёзды умирали, их ядра превращались в нейтронные звёзды или черные дыры, испуская мощные потоки рентгеновских лучей. Ранее этот эффект не включался в модели, но теперь ясно, что он играет ключевую роль в формировании радиосигнала, который учёные стремятся поймать.
«Наши результаты помогают понять, чем первые звёзды отличались от тех, что мы видим сегодня», — добавляет астрофизик Элой де Лера Аседо. «Мы доказали: современные радиотелескопы способны раскрыть массу этих древних объектов и дать ключ к самой ранней главе истории Вселенной».
