Понимание того, как Вселенная перешла от тьмы к свету с появлением первых звёзд и галактик, является поворотным моментом в ее развитии, известным как «Космический рассвет». Однако даже с помощью самых мощных телескопов мы не можем напрямую наблюдать за самыми ранними звёздами, поэтому определение их свойств является одной из самых сложных задач в астрономии.
Международная группа астрономов под руководством Кембриджского университета показала, что мы сможем узнать о массе самых первых звёзд, изучая особый радиосигнал, создаваемый атомами водорода, заполняющими промежутки между областями звездообразования, возникшими всего через сто миллионов лет после Большого взрыва.
Изучив, как первые звёзды и их остатки повлияли на 21-сантиметровый сигнал, исследователи показали, что будущие радиотелескопы помогут понять, какой была Вселенная в самом начале и как она превратилась из почти однородной массы, состоящей в основном из водорода, в невероятно сложную структуру, которую мы видим сегодня. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.
«Это уникальная возможность узнать, как из тьмы появился первый свет во Вселенной, — сказала соавтор исследования профессор Анастасия Фиалкова из Кембриджского института астрономии. — Переход от холодной, тёмной материи к Вселенной, наполненной звёздами, — это история, которую мы только начинаем понимать».
Изучение самых древних звёзд во Вселенной основано на слабом свечении едва заметного энергетического 21-сантиметрового сигнала, возникшего более 13 миллиардов лет назад. Этот сигнал, на который повлияло излучение первых звёзд и чёрных дыр, позволяет заглянуть в самое начало Вселенной.
REACH — радиоантенна, которая является одним из двух основных проектов, которые помогут узнать о космическом рассвете и эпохе реионизации, когда первые звёзды реионизировали нейтральные атомы водорода во Вселенной. Хотя REACH, улавливающий радиосигналы, всё ещё находится на стадии калибровки, он обещает предоставить данные о ранней Вселенной. Тем временем Square Kilometre Array (SKA) — массивная система антенн, которая сейчас строится, — будет отображать колебания космических сигналов на обширных участках неба.
Оба проекта имеют решающее значение для изучения масс, светимостей и распределения ранних звёзд во Вселенной. В рамках текущего исследования ученые разработали модель, которая позволяет прогнозировать 21-сантиметровый сигнал как для REACH, так и для SKA, и обнаружили, что сигнал чувствителен к массам первых звёзд.
«Мы — первая группа, которая последовательно моделирует зависимость 21-сантиметрового сигнала от массы первых звёзд, включая влияние ультрафиолетового звёздного света и рентгеновского излучения от двойных звёзд, образующихся при смерти первых звёзд, — сказала Фиалкова. — Эти выводы основаны на результатах моделирования, учитывающего первичные условия Вселенной, такие как водородно-гелиевый состав, образовавшийся в результате Большого взрыва».
Разрабатывая теоретическую модель, исследователи изучали, как 21-сантиметровый сигнал реагирует на распределение масс первых звёзд, известных как звёзды Population III. Было обнаружено, что предыдущие работы недооценивали эту связь, поскольку не учитывали количество и яркость рентгеновских двойных звёзд — бинарных систем, состоящих из обычной и коллапсировавшей звезды, — среди звёзд Population III и то, как они влияют на 21-сантиметровый сигнал.
В отличие от оптических телескопов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба, которые позволяют получать чёткие изображения, радиоастрономия опирается на статистический анализ слабых сигналов. REACH и SKA не смогут получать изображения отдельных звёзд, но вместо этого будут предоставлять информацию о скоплениях звёзд, рентгеновских двойных системах и галактиках.
«Чтобы связать радиоданные с историей первых звёзд, нужно немного воображения, но последствия могут быть удивительными», — сказала Фиалкова.
«Мы приводим доказательства того, что наши радиотелескопы могут предоставить подробную информацию о массе первых звёзд и о том, чем эти ранние светила могли отличаться от современных звёзд. Радиотелескопы, такие как REACH, обещают раскрыть тайны ранней Вселенной, эти прогнозы необходимы для радионаблюдений, которые мы проводим в Южной Африке», — заключили астрономы.
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
