Големият взрив може да е бил ярък и драматичен, но веднага след това Вселената се е помрачила и то за много дълго време. Учените вярват, че първите звезди са се появили в мътна бульон от материя 200 милиона години след горещия старт. Тъй като съвременните телескопи не са достатъчно чувствителни, за да наблюдават директно светлината на тези звезди, астрономите търсят косвени доказателства за тяхното съществуване.
И така екип от учени успя да улови слаб сигнал от тези звезди, използвайки радио антена с размер на маса, наречена EDGES. Ефектни измервания, които отварят нов прозорец към ранната Вселена, показват, че тези звезди са се появили 180 милиона години след Големия взрив. Работата, публикувана в Nature, също така предполага, че учените могат да преосмислят от какво е направена "тъмната материя" - мистериозен тип невидима материя.
Моделите показаха, че първите звезди, осветяващи Вселената, са сини и краткотрайни. Те потопиха Вселената във вана с ултравиолетова светлина. Първият наблюдаем сигнал от тази космическа зора отдавна се смята за „абсорбционен сигнал“- спад на яркостта при определена дължина на вълната - причинен от преминаването на светлината и засягащ физическите свойства на облаците от водороден газ, най-разпространеният елемент във Вселената.
Знаем, че този спад трябва да бъде открит в радиовълновата част на електромагнитния спектър при дължина на вълната 21 cm.
Сложно измерване
Промоционално видео:
В началото имаше теория, която предсказваше всичко това. Но на практика намирането на такъв сигнал е изключително трудно. Това е така, защото се преплита с много други сигнали в тази област на спектъра, които са много по-силни - например общите честоти на радиопредавания и радиовълни от други събития в нашата галактика. Причината, поради която учените успяха, беше отчасти защото експериментът беше снабден с чувствителен приемник и малка антена, което направи възможно да се покрие относително лесно голяма част от небето.
За да се уверят, че всеки спад на яркостта, който са открили, се дължи на звездната светлина на ранната Вселена, учените са разгледали доплеровата смяна. Вие сте запознати с този ефект от понижаването на терена, когато кола с мигаща светлина и сирена минава. По същия начин, когато галактиките се отдалечават от нас поради разширяването на Вселената, светлината се измества към червените дължини на вълните. Астрономите наричат този ефект „червено изместване“.
Червеното изместване казва на учените колко далеч е облак газ от Земята и колко отдавна, по космически стандарти, е била излъчвана светлина от него. В този случай всяка промяна в яркостта, очаквана при дължина на вълната 21 cm, ще показва движението и разстоянието на газа. Учените са измерили спада на яркостта, който се е случил през различни космически периоди от време, до момента, в който Вселената е била само на 180 милиона години, и са я сравнявали със сегашното си състояние. Това беше светлината на първите звезди.
Здравей тъмна материя
Историята не свършва дотук. Учените с изненада установиха, че амплитудата на сигнала е два пъти по-голяма от предвидената. Това предполага, че водородният газ е бил много по-студен от очакваното от микровълновия фон.
Тези резултати бяха публикувани в друга статия в Nature и хвърлиха кука за стръв за физиците-теоретици. Това е така, защото от физиката става ясно, че по това време от съществуването на Вселената газът е бил лесен за нагряване, но е бил труден за охлаждане. За да обясни допълнителното охлаждане, свързано със сигнала, газът трябваше да взаимодейства с нещо още по-студено. И единственото нещо, по-студено от космическия газ в ранната Вселена, беше тъмната материя. Сега теоретиците трябва да решат дали могат да разширят стандартния модел на космологията и физиката на частиците, за да обяснят това явление.
Знаем, че има пет пъти повече тъмна материя от обикновената материя, но не знаем от какво е направена. Предложени са няколко варианта на частици, които биха могли да образуват тъмна материя, а фаворитът сред тях е слабо взаимодействащата масивна частица (WIMP).
Новото проучване обаче предполага, че частицата тъмна материя не трябва да бъде много по-тежка от протона (който влиза в атомното ядро заедно с неутрона). Това е доста под прогнозираните маси за WIMP. Анализът също така предполага, че тъмната материя е по-студена от очакваното и отваря очарователна възможност да се използва „21 см космология“като сонда за тъмната материя във Вселената. По-нататъшни открития с по-чувствителни приемници и по-малко смущения от наземното радио биха могли да разкрият повече подробности за природата на тъмната материя и може би дори да посочат скоростта, с която тя се движи.
Иля Хел
