Исследователи впервые применили наземные телескопы для того, чтобы заглянуть в прошлое на 13 миллиардов лет и проанализировать, как первые звезды во Вселенной влияют на свет, исходящий от Большого взрыва.
С помощью телескопов, установленных на высоких вершинах Анд в северной части Чили, астрофизики смогли измерить поляризованный микроволновый свет, что позволило создать более детализированное представление о одной из наименее исследованных эпох в истории Вселенной — Космическом рассвете.
«Считалось, что подобные наблюдения невозможно провести с Земли. Астрономия зависит от технологий, а микроволновые сигналы, исходящие от Космического рассвета, известны своей сложностью в измерении, — отметил руководитель проекта Тобиас Марридж, профессор физики и астрономии в Университете Джонса Хопкинса. — Наземные наблюдения сталкиваются с дополнительными вызовами по сравнению с космическими. Преодоление этих трудностей делает данное измерение значительным достижением».
Космические микроволны имеют длину волны всего в миллиметры и обладают крайне низкой интенсивностью. Поляризованный микроволновый свет в миллион раз слабее. На Земле радиоволны, радары и спутники могут заглушать этот сигнал, а атмосферные условия, такие как погода и температура, могут его искажать. Даже в идеальных обстоятельствах для измерения таких микроволн требуется высокочувствительное оборудование.
Ученые из проекта CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor) при поддержке Национального научного фонда США использовали телескопы, специально сконструированные для выявления следов, оставленных первыми звездами в реликтовом свете Большого взрыва. Ранее подобные наблюдения удавалось осуществлять только с помощью космических технологий, таких как зонд Уилкинсона для исследования микроволновой анизотропии (WMAP) от NASA и космические телескопы Planck от Европейского космического агентства.
Сравнивая данные телескопа CLASS с результатами космических миссий Planck и WMAP, исследователи смогли выявить помехи и сосредоточиться на общем сигнале от поляризованного микроволнового света.
Поляризация возникает, когда световые волны взаимодействуют с объектами и рассеиваются.
«Когда свет отражается от капота вашего автомобиля и вы видите блик, это и есть поляризация. Чтобы избавиться от бликов, можно использовать поляризационные очки, — пояснил первый автор Юньян Ли, который был аспирантом в Университете Джонса Хопкинса и затем стал научным сотрудником Чикагского университета во время исследования. — С помощью нового общего сигнала мы можем определить, какая часть наблюдаемого света является космическим бликом, отражающимся от капота Космической Зари».
После Большого взрыва Вселенная представляла собой плотный туман электронов, который не позволял световой энергии вырваться наружу. По мере расширения и охлаждения Вселенной протоны захватывали электроны, образуя нейтральные атомы водорода, и микроволновый свет смог свободно перемещаться между ними. Когда в период Космической Зари появились первые звезды, их мощная энергия вырвала электроны из атомов водорода. Исследовательская группа измерила вероятность того, что фотон от Большого взрыва столкнулся с одним из освобожденных электронов на своем пути через ионизированное облако газа и изменил направление.
Полученные результаты помогут более точно определить сигналы, исходящие от остаточного излучения Большого взрыва, или космического микроволнового фона, и создать более ясное представление о ранней Вселенной.
Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Изображение: eurekalert
