Вчені змогли зробити деякі ключові висновки про перші з галактик в одному з перших астрофізичних досліджень періоду раннього Всесвіту, коли формувалися перші зорі й галактики, відомого як космічний світанок.
Про це розповіли в Кембриджському університеті.
Використовуючи дані індійського радіотелескопа SARAS3, дослідники змогли зазирнути в найраніший Всесвіт — лише 200 мільйонів років після Великого вибуху — і встановити обмеження на масу та енергію перших зірок і галактик.
Як не дивно, вони змогли встановити ці межі для найбільш ранніх галактик, не виявивши сигнал, який вони шукали, відомий як 21-сантиметрова воднева лінія.
Це невиявлення дало змогу дослідникам зробити інші висновки про космічний світанок шляхом накладення обмеження на перші галактики, що дало їм змогу виключити сценарії, до яких входять галактики, які були неефективними нагрівачами космічного газу та ефективними виробниками радіовипромінювання.
Хоча ми поки що не можемо безпосередньо спостерігати ці ранні галактики, результати, про які повідомляється в журналі Nature Astronomy, є важливим кроком у розумінні того, як наш Всесвіт перетворився з практично порожнього на заповнений зорями.
Розуміння раннього Всесвіту, коли формувалися перші зорі й галактики, є однією з головних цілей нових обсерваторій. Результати, отримані за допомогою даних SARAS3, є доказом концепції дослідження, яке прокладає шлях до розуміння цього періоду в розвитку Всесвіту.
Проєкт SKA, що включає два телескопи наступного покоління, який має бути завершений до кінця десятиліття, ймовірно, зможе зробити зображення раннього Всесвіту, але для нинішніх телескопів завдання полягає в тому, щоб виявити космологічний сигнал перших зірок, перевипромінений щільними водневими хмарами.
Цей сигнал відомий як 21-сантиметрова лінія — радіосигнал, створюваний атомами водню в ранньому Всесвіті. На відміну від нещодавно запущеного космічного телескопу Джеймса Вебба, який зможе безпосередньо отримувати зображення окремих галактик у ранньому Всесвіті, дослідження 21-сантиметрової лінії, проведені за допомогою радіотелескопів, таких як REACH (Радіоексперимент з аналізу космічного водню) під керівництвом Кембриджа, можуть розповісти нам про цілі популяції ще більш ранніх галактик. Перші результати від REACH очікуються на початку 2023 року.
Щоб виявити 21-сантиметрову лінію, астрономи шукають радіосигнал, вироблений атомами водню в ранньому Всесвіті, на який впливає світло від перших зірок і випромінювання за водневим туманом. Раніше цього року ті самі дослідники розробили метод, який, за їхніми словами, дасть їм змогу побачити крізь туман раннього Всесвіту та виявити світло від перших зірок. Деякі з цих методів уже були застосовані на практиці в поточному дослідженні.
У 2018 році інша дослідницька група, що працює в рамках експерименту EDGES, опублікувала результат, який натякав на можливе виявлення цього самого раннього світла. Зареєстрований сигнал був незвично сильним порівняно з тим, що очікується в найпростішій астрофізичній картині раннього Всесвіту. Нещодавно дані SARAS3 спростували це виявлення: результат EDGES все ще очікує підтвердження від незалежних спостережень.
У повторному аналізі даних SARAS3 команда під керівництвом Кембриджа перевірила різні астрофізичні сценарії, які потенційно могли б пояснити результат EDGES, але вони не знайшли відповідного сигналу. Натомість команда змогла встановити деякі обмеження на властивості перших зірок і галактик.
Результати аналізу SARAS3 — це перший випадок, коли радіоспостереження усередненої 21-сантиметрової лінії змогли дати уявлення про властивості перших галактик у вигляді обмежень на їхні основні фізичні властивості.
Використовуючи методи статистичного моделювання, дослідники не змогли знайти сигнал у даних SARAS3.
"Ми шукали сигнал із певною амплітудою", - сказав Гаррі Бевінс, аспірант із Кавендішської лабораторії Кембриджа й провідний автор роботи. "Але, не знайшовши такого сигналу, ми можемо встановити межу його глибини. Це, своєю чергою, дає нам інформацію про те, наскільки яскравими були перші галактики".
"Наш аналіз показав, що сигнал водню може розповісти нам про популяцію перших зірок і галактик", - говорить співавтор дослідження доктор Анастасія Фіалкова з Інституту астрономії Кембриджа. "Наш аналіз накладає обмеження на деякі ключові властивості перших джерел світла, включно з масою найбільш ранніх галактик і ефективністю, з якою ці галактики можуть утворювати зорі. Ми також розглядаємо питання про те, наскільки ефективно ці джерела випускають рентгенівське, радіо- та ультрафіолетове випромінювання".
"Для нас це перший крок у тому, що, як ми сподіваємося, стане десятиліттям відкриттів про те, як Всесвіт перейшов від темряви й порожнечі до складного царства зірок, галактик та інших небесних об'єктів, які ми можемо спостерігати із Землі сьогодні", - сказав доктор Елой де Лера Аседо з Кавендішської лабораторії Кембриджа, який був одним із керівників дослідження.
Спостережливе дослідження, багато в чому перше у своєму роді, виключає сценарії, в яких найбільш ранні галактики були одночасно більш ніж у тисячу разів яскравішими за сучасні галактики в радіодіапазоні та були поганими нагрівачами водневого газу.
"Наші дані також показують те, на що натякали й раніше, а саме, що перші зорі й галактики могли внести вимірний внесок у фонове випромінювання, що з'явилося в результаті Великого вибуху та яке з тих пір рухається до нас", - сказав де Лера Аседо, - "Ми також встановлюємо межу цього внеску".
"Дивно, що ми можемо зазирнути так далеко в минуле — лише на 200 мільйонів років тому після Великого вибуху — і дізнатися про ранній Всесвіт", - підкреслив Бевінс.
Коментарі
Дописати коментар