Астрономы узнали, когда загорелись первые звезды Вселенной

Очередной шаг к разгадке секретов Вселенной.

Наблюдения за «эхом» Большого Взрыва помогли ученым выяснить, что первые звезды Вселенной вспыхнули примерно через 180 миллионов лет после ее рождения, что потенциально говорит о наличии «новой физики» в поведении видимой и темной материи, говорится в статье, опубликованной в журнале Phys.

Ученые выяснили, когда загорелись первые звезды Вселенной. Фото №1

Иллюстрация огромных звезд древности | Фото: zmescience.com / Pixabay

«Открытие этого едва заметного сигнала стало гигантским окном в раннюю Вселенную для нас. Телескопы в принципе не могут получить фотографии столь древних и далеких звезд, но радиоволны, порожденные во время их «пробуждения», помогли нам узнать, когда это произошло», — заявил Джадд Боумэн из университета Аризоны в Темпе (США).

Как объясняют ученые, первые звезды Вселенной были совершенно не похожи на современные светила, так как их недра не содержали в себе астрономических «металлов» – элементов тяжелее водорода и гелия.

Из-за этого размеры таких светил были практически ничем не ограничены, из-за чего их масса могла превышать солнечную в 300-400 раз и даже больше, а жили они крайне недолго, несколько сотен тысяч или меньше трех миллионов лет.

Пока ученые не уверены, когда появились такие звезды и первые примитивные галактики. Раньше астрофизики считали, что это произошло примерно через 400-500 миллионов лет после Большого Взрыва, когда Вселенная стала достаточно холодной для формирования молекул нейтрального водорода и их объединения в гигантские облака из газа, где физически могут формироваться звезды.

В последние годы астрономы начали сомневаться в этой идее – последние наблюдения при помощи «Хаббла», VLT и многих других телескопов показывают, что первые звезды и галактики существовали уже через 300 и 250 миллионов лет после Большого Взрыва.

Боумэн и его коллеги отодвинули эту дату еще на 100 миллионов лет назад в прошлое, обратив внимание на одну общую особенность первых звезд Вселенной – они вырабатывали огромные количества ультрафиолета, чьи лучи расщепляли окружающие их молекулы водорода и делали мироздание прозрачным для остальных форм света.

Этот процесс, как объясняют астрофизики, имел еще одно важное последствие – свободные атомы водорода начинали взаимодействовать с микроволновым фоновым излучением Вселенной, «эхом» Большого Взрыва, что должно было заметно снизить его интенсивность.

Ученые выяснили, когда загорелись первые звезды Вселенной. Фото №2

Один из приборов участвовавших в улавливании радиоволн | Фото: phys.org / CSIRO Australia

Через некоторое время, когда ультрафиолет первых звезд расщепил все молекулы водорода, эти взаимодействия прекратились, так как их лучи начали выбивать электроны из атомов водорода и ионизировать его.

В результате этого в спектре современного «эхо» Большого Взрыва должен возникнуть своеобразный провал, расположение которого будет зависеть от того, когда именно появились первые звезды.

Используя подобные соображения, Боумэн и его коллеги попытались найти их следы, используя радиобсерваторию Мерчисон в Австралии и специальный набор инструментов EDGES, созданный для поиска такого сигнала.

Эти наблюдения привели к потрясающим и, как считает часть участников проекта, революционным результатам. Оказалось, что первые звезды возникли примерно через 180 миллионов лет после Большого Взрыва, и что они полностью «очистили» Вселенную от нейтрального водорода за очень короткое время, последующие 70 миллионов лет.

Подобные результаты наблюдений, как отмечают астрофизики, полностью не соответствуют теоретическим представлениям о том, как долго длились «темные века» Вселенной и как быстро она могла охлаждаться.

Это означает, что материя будущих звезд каким-то загадочным образом охладилась быстрее, чем это предсказывает классическая физика, или что эхо Большого Взрыва было гораздо более горячим, чем считают ученые сейчас.

Ученые выяснили, когда загорелись первые звезды Вселенной. Фото №3

Обновленная временная шкала Вселенной, показывающая, когда появились первые звезды | Фото: phys.org / N.R.Fuller / National Science Foundation

Реннан Баркана, астрофизик из университета Тель-Авива и один из авторов открытия, считает, что роль подобного «холодильника» могла играть темная материя, более активно взаимодействовавшая с ее видимой «кузиной» во времена рождения первых звезд.

Если это действительно так, то частицы темной материи должны обладать неожиданно малой массой и скоростью движения.

В ближайшее время, как отмечают ученые, их открытие будет проверено и повторно подтверждено сразу несколькими другими проектами, использующими похожие методики наблюдений за фоновым излучением Вселенной.

Если открытие Боумэна и его команды подтвердится, то тогда космологам придется полностью пересмотреть все теории, описывающие рождение Вселенной, ее «темные века» и то, какую роль темная материя играла в распределении будущих галактик по мирозданию.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.