Конец космического рассвета впервые датирован 1,1 миллиардом лет после Большого взрыва
Астрономы из Института максимальной астрономии Планка зафиксировали дату 1,1 миллиарда лет назад — момент, когда весь межгалактический нейтральный водородный газ, образовавшийся в результате большого взрыва, был полностью ионизирован.
Содержание статьи:
В темные века ранней Вселенной Вселенная была заполнена только нейтральным газом и не имела источника света. С появлением первых звезд и галактик, примерно через 100 миллионов лет, этот газ был снова ионизирован ультрафиолетовым излучением звезд. Это время известно как «космический рассвет» или период регенерации.
Международная группа под руководством Салы Боссманн из Института астрономии Макса Планка (MPIA) определила точное время окончания эпохи реионизации нейтрального водородного газа. Согласно расчетам, это происходит примерно через 1,1 миллиарда лет после катастрофического взрыва. Новые результаты разрешают конфликт, длившийся 20 лет, и показывают, что сигнатурный квазар излучения 67 содержит отпечаток водородного газа, через который проходит свет, прежде чем достигнуть Земли. Определение конца пространственного восхода Солнца помогает определить первые звезды и галактики, ответственные за ионизацию.
Изучение космического восхода по спектральным линиям квазаров
Чтобы понять, когда молодая Вселенная была полностью ионизирована, Босман и ее команда проанализировали излучение 67 квазаров. Это яркие диски горячего газа, окружающие большую центральную черную дыру в далекой активной галактике. Наблюдая электромагнитный спектр квазаров, астрономы выделяют так называемые линии поглощения.
Они вызваны тем, что нейтральный водородный газ поглощает часть излучения на пути от источника на Земле к телескопу. Спектры 67 квазаров отличаются беспрецедентным качеством. Это имело решающее значение для успеха исследования.
Метод предполагает наблюдение спектральных линий. Это эквивалентная длина волны 121,6 нанометра (нанометр равен одной миллиардной метра). Эта длина волны относится к ультрафиолетовому диапазону и является самой мощной спектральной линией водорода. Однако из-за расширения Вселенной спектр квазара смещается в сторону более длинных волн, еще больше расширяя свет. Поэтому красное смещение наблюдаемых ультрафиолетовых линий поглощения можно перевести в расстояние от Земли.
Читайте также: Впервые космический аппарат «коснулся» Солнца
28 апреля 2021 года зонд НАСА Слар Паркер буквально «поцарапал» верхние слои атмосферы Солнца. Во время этой беспрецедентной операции космический аппарат..
Свет от анализируемого квазара проходит через ряд водородных облаков на различных расстояниях вдоль его пути. Каждое из этих облаков оставляет свой отпечаток в виде небольшого сдвига от ультрафиолетового к красному цвету в электромагнитном спектре. Анализ прохождения каждой линии, изображенной красным цветом, должен определить время или расстояние, на котором водородный газ полностью ионизирован.
Продолжительность космического рассвета определяет природу и среднее время жизни космического источника в конкретный момент, говорит Федерик Дэвис, астроном из MPIA и соавтор статьи.
До нескольких лет назад было широко распространено мнение, что процесс реионизации закончился почти 200 миллионов лет назад. Теперь у нас есть самые убедительные доказательства того, что этот процесс завершился гораздо позже. В космическую эру нынешнюю реионизацию можно легко наблюдать с помощью средств мониторинга. Учитывая, что с момента Большого взрыва прошли миллиарды лет, это временное исправление может показаться незначительным. Однако нескольких сотен миллионов лет было достаточно для того, чтобы в ранней космической эволюции произошли десятки звездных поколений.
Астрономы применили физическую модель, которая воспроизвела изменения, измеренные, когда межгалактический газ уже был полностью ионизирован. Сравнивая модель с результатами, было обнаружено отклонение в длине волны: линия 121,6 нм была смещена в 5,3 раза. Это происходит через 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва, на заре Вселенной.
Светлое будущее: что мы увидим с помощью ELT и JWST
Косвенный подход, использованный командой, в настоящее время является единственным способом охарактеризовать объекты, стимулирующие процессы реионизации. Прямые наблюдения этих ранних звезд и галактик находятся за пределами возможностей телескопа и слишком слабы для получения полезных данных в течение разумного периода времени.
Даже инструменты нового поколения, такие как Чрезвычайно большой телескоп ESO (ELT) и космический телескоп Джеймса Уэбба, могут оказаться недостаточно эффективными. Тем не менее, Дэвис заявляет. Этот новый набор данных является важным эталоном, по которому в ближайшие годы будут проверяться численные модели первых нескольких миллиардов лет существования Вселенной».
Исследователи намерены распространить свои исследования на ранние стадии ранней Вселенной, когда идет процесс реионизации. Конечно, существуют определенные трудности, но новые инструменты помогут охарактеризовать источники ионизации и самые ранние поколения звезд.
