Didysis sprogimas galėjo būti ryškus ir dramatiškas, tačiau iškart po to visata sutemo ir labai ilgai. Mokslininkai mano, kad pirmosios žvaigždės pasirodė purviname medžiagos sultinyje praėjus 200 milijonų metų po karšto starto. Kadangi šiuolaikiniai teleskopai nėra pakankamai jautrūs, kad galėtų tiesiogiai stebėti šių žvaigždžių šviesą, astronomai ieško netiesioginių jų egzistavimo įrodymų.
Taigi mokslininkų komandai pavyko pasiimti silpną šių žvaigždžių signalą, naudojant stalviršio dydžio radijo anteną, vadinamą EDGES. Įspūdingi matavimai, atveriantys naują langą ankstyvajai visatai, rodo, kad šios žvaigždės atsirado praėjus 180 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. „Nature“paskelbtas darbas taip pat rodo, kad mokslininkai gali permąstyti, iš ko susidaro „tamsioji materija“- paslaptingas nematomos medžiagos tipas.
Modeliai parodė, kad pirmosios žvaigždės, apšvietusios Visatą, buvo mėlynos ir trumpalaikės. Jie panardino Visatą į ultravioletinių spindulių vonią. Pats pirmasis pastebimas šios kosminės aušros signalas ilgą laiką buvo laikomas „absorbcijos signalu“- ryškumo kritimu tam tikru bangos ilgiu -, kurį sukelia šviesos praėjimas ir daro įtaką vandenilio dujų debesų, gausiausio visatos elemento, fizinėms savybėms.
Mes žinome, kad šį lašą reikia aptikti elektromagnetinio spektro radijo bangų dalyje, kai bangos ilgis yra 21 cm.
Kompleksinis matavimas
Reklaminis vaizdo įrašas:
Pradžioje buvo teorija, kuri visa tai numatė. Tačiau praktiškai rasti tokį signalą yra be galo sunku. Taip yra todėl, kad jis susipina su daugeliu kitų daug stipresnių signalų šiame spektro regione - pavyzdžiui, bendrais radijo transliacijų dažniais ir radijo bangomis iš kitų mūsų galaktikos įvykių. Mokslininkams tai pavyko iš dalies dėl to, kad eksperimente buvo įrengtas jautrus imtuvas ir maža antena, todėl buvo galima palyginti lengvai padengti didelį dangaus plotą.
Siekdami įsitikinti, kad bet koks jų ryškumas sumažėjo dėl ankstyvosios visatos žvaigždžių šviesos, mokslininkai atkreipė dėmesį į Doplerio poslinkį. Jūs esate susipažinęs su šiuo efektu, kai žeminate aukštį, kai pro jus pravažiuoja automobilis su mirksinčiu signalu ir sirena. Panašiai, kai dėl visatos išsiplėtimo galaktikos tolsta nuo mūsų, šviesa pasislenka link raudonų bangos ilgių. Astronomai šį efektą vadina „raudonu poslinkiu“.
Raudonas poslinkis pasakoja mokslininkams, kiek nutolęs nuo Žemės dujų debesis ir kaip seniai, pagal kosminius standartus, iš jo sklido šviesa. Tokiu atveju bet koks šviesumo pokytis, kurio tikimasi esant 21 cm bangos ilgiui, parodys dujų judėjimą ir atstumą. Mokslininkai išmatavo ryškumo kritimą, įvykusį skirtingais kosminiais laiko periodais, iki tos akimirkos, kai visatai buvo tik 180 milijonų metų, ir palygino jį su dabartine jos būsena. Tai buvo pačių pirmųjų žvaigždžių šviesa.
Sveika tamsioji materija
Istorija tuo nesibaigia. Mokslininkai nustebo pastebėję, kad signalo amplitudė buvo dvigubai didesnė, nei buvo numatyta. Tai rodo, kad vandenilio dujos buvo daug šaltesnės, nei buvo galima tikėtis iš mikrobangų fono.
Šie rezultatai buvo paskelbti kitame „Nature“straipsnyje ir užmetė masalo kablį teoretiniams fizikams. Taip yra todėl, kad iš fizikos paaiškėja, kad šiuo visatos egzistavimo metu dujas buvo lengva įkaitinti, bet sunku atvėsti. Norėdami paaiškinti papildomą aušinimą, susijusį su signalu, dujos turėjo sąveikauti su dar šaltesniu. Ir vienintelis dalykas, šaltesnis už kosmines dujas ankstyvojoje visatoje, buvo tamsioji materija. Teorikai dabar turi nuspręsti, ar jie gali išplėsti standartinį kosmologijos ir dalelių fizikos modelį, kad paaiškintų šį reiškinį.
Mes žinome, kad tamsiosios medžiagos yra penkis kartus daugiau nei paprastosios medžiagos, tačiau nežinome, iš ko ji yra sudaryta. Siūlomi keli dalelių variantai, galintys sudaryti tamsiąją medžiagą, o mėgstamiausias iš jų yra silpnai sąveikaujanti masyvi dalelė (WIMP).
Tačiau naujasis tyrimas rodo, kad tamsiosios medžiagos dalelė neturėtų būti daug sunkesnė už protoną (kuris patenka į atomo branduolį kartu su neutronu). Tai gerokai žemiau WIMP numatytų masių. Analizė taip pat rodo, kad tamsioji materija yra šaltesnė nei tikėtasi, ir atveria įspūdingą galimybę naudoti „21 cm kosmologiją“kaip tamsiosios materijos zondą visatoje. Tolesni atradimai su jautresniais imtuvais ir mažesniu antžeminio radijo trukdžiais galėtų atskleisti daugiau informacijos apie tamsiosios materijos pobūdį ir galbūt netgi parodyti jos judėjimo greitį.
Ilja Khelis