Астрономи намагаються зареєструвати сигнал, що подорожує Всесвітом вже 12 мільярдів років і може наблизити науковців до розуміння життя та смерті найперших зір.
У статті, вміщеній на сайті arXiv (її незабаром оприлюднить Astrophysical Journal), наукова група під керівництвом доктора Ніколь Баррі (Nichole Barry) з Австралійського університету в Мельбурні та колаборації ASTRO 3D (the ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions) повідомляє про 10-кратне поліпшення даних, зібраних Широкосмуговим масивом антен Мерчісона (Murchison Widefield Array, MWA) — набором з 4096 дипольних антен, встановлених у віддаленому районі Західної Австралії.
Доктор Ніколь Баррі в Широкосмуговому масиві антен Мерчісона (Murchison Widefield Array, MWA). Фото з сайту www.eurekalert.org.
MWA, який став до ладу в 2013 році, побудовано спеціально для виявлення електромагнітного випромінювання нейтрального водню — газу, який складав більшу частину молодого Всесвіту в той період, коли «суп» з незв’язаних протонів і нейтронів, породжених Великим Вибухом, почав охолоджуватися.
Зрештою ці атоми водню почали концентруватися, утворюючи зорі. Найперші з них спричинили початок важливої фази еволюції Всесвіту, відомої як Епоха реіонізації (Epoch of Reionisation, або ЕоR).
На цьому зображенні епохи реонізації нейтральний водень, показаний червоним кольором, поступово зазнає іонізації через випромінювання перших зір, зображених білим кольором. Зображення отримано з допомогою комп’ютерного моделювання DRAGONS (Dark-ages Reionisation And Galaxy Observables from Numerical Simulations), виконаного в Мельбурнському університеті. Фото з сайту www.eurekalert.org.
«Визначення меж розгортання ЕоR надзвичайно важливо для нашого розуміння астрофізики та космології», — пояснила доктор Баррі. «Однак досі ніхто не зміг це спостерігати. Здобуті нами результати набагато наблизили нас до цієї мети».
У цьому моделюванні епохи реіонізації нейтральний водень, показаний червоним кольором, поступово зазнає іонізації через випромінювання перших зір, зображених білим кольором. Відео зроблено з допомогою комп’ютерного моделювання DRAGONS (Dark-ages Reionisation And Galaxy Observables from Numerical Simulations), виконаного в Мельбурнському університеті. Відео з сайту https://astro3d.org.au.
Нейтральний водень, що домінував у Всесвіті до та в ранній період Епоха реіонізації, випромінював на довжині хвилі приблизно 21 сантиметр. Нині, через розширення Всесвіту, довжина хвилі цього випромінювання становить десь більше двох метрів. Тобто сигнал існує — і його виявлення є теоретично найкращим способом зондування умов у перші дні Космосу. Однак зробити це дуже важко.
«Сигналу, якого ми шукаємо, більше 12 мільярдів років», — сказала учасниця ASTRO 3D та співавтор дослідження Кетрін Тротт (Cathryn Trott) з Міжнародного центру радіоастрономічних досліджень університету Кертіна в Західній Австралії.
«Він надзвичайно слабкий, і є багато інших галактик між ним і нами. Вони заважають і ускладнюють пошук інформації, яку ми хочемо знайти». Іншими словами, сигнали, записані MWA та іншими пристроями для полювання на EoR, такими як масив антен у Південній Африці (Hydrogen Epoch of Reionisation Array, HERA) та низькочастотний антенний масив LOFAR (Low Frequency Array) у Нідерландах, — надзвичайно безладні.
Доктор Баррі, співавтор Майк Віленські (Mike Wilensky) з Вашингтонського університету в США, та їхні колеги на прикладі необроблених даних в обсязі 21 годин дослідили нові методи для уточнення аналізу та усунення джерел забруднення сигналу, зокрема надто слабких перешкод, породжених радіопередачами на Землі.
Це дало змогу досягти значення точності, що значно скоротило відтинок часу, в якому, можливо, почалася ЕоR, зменшивши його майже на порядок. «Ми не можемо сказати, що цей результат наближає нас до того, щоб точно вказати на початок чи кінець EoR, але він усуває деякі найбільш екстремальні моделі», — сказала Тротт. «Те, що це відбулося дуже швидко, не підтверджено. Те, що умови були дуже холодними, також не підтверджено».
Доктор Баррі зазначила, що отримані результати стали не лише кроком вперед у вивченні молодого Всесвіту, але й створили основу для подальших досліджень. «У нас є близько 3000 годин даних від MWA», сказала вона, «і для наших цілей деякі з них придатніші за інші. Цей підхід дозволить нам визначити, які біти найперспективніші, й проаналізувати їх краще, ніж ми могли це робити коли-небудь раніше».
За інф. з сайту www.eurekalert.org підготував Іван Крячко
