Lielais sprādziens, iespējams, bija spilgts un dramatisks, taču tūlīt pēc tam Visums satumsa un ļoti ilgi. Zinātnieki uzskata, ka pirmās zvaigznes parādījās dubļainā vielas buljonā 200 miljonus gadu pēc karstā sākuma. Tā kā mūsdienu teleskopi nav pietiekami jutīgi, lai tieši novērotu šo zvaigžņu gaismu, astronomi meklē netiešus pierādījumus par to esamību.
Un tāpēc zinātnieku komandai izdevās uztvert vāju signālu no šīm zvaigznēm, izmantojot galda lieluma radio antenu ar nosaukumu EDGES. Iespaidīgi mērījumi, kas paver jaunu logu agrīnajā Visumā, parāda, ka šīs zvaigznes parādījās 180 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena. Dabā publicētais darbs arī liek domāt, ka zinātnieki var pārdomāt, no kā sastāv "tumšā viela" - noslēpumains neredzamās vielas veids.
Modeļi parādīja, ka pirmās zvaigznes, kas apgaismoja Visumu, bija zilas un īslaicīgas. Viņi iegremdēja Visumu ultravioletās gaismas vannā. Pats pirmais novērojamais šīs kosmiskās rītausmas signāls jau sen tiek uzskatīts par "absorbcijas signālu" - spilgtuma kritumu noteiktā viļņa garumā -, ko izraisa gaismas caurbraukšana un kas ietekmē ūdeņraža gāzes mākoņu fizikālās īpašības, kas ir visplašākais elements Visumā.
Mēs zinām, ka šis kritums ir jānosaka elektromagnētiskā spektra radioviļņu daļā pie 21 cm viļņa garuma.
Komplekss mērījums
Reklāmas video:
Sākumā bija teorija, kas to visu paredzēja. Bet praksē šāda signāla atrašana ir ārkārtīgi sarežģīta. Tas ir tāpēc, ka tas savijas ar daudziem citiem signāliem šajā spektra reģionā, kas ir daudz spēcīgāki, piemēram, ar kopīgām radiopārraides un citu mūsu galaktikas notikumu radioviļņu frekvencēm. Zinātnieku panākumi daļēji bija tāpēc, ka eksperiments bija aprīkots ar jutīgu uztvērēju un nelielu antenu, kas ļāva salīdzinoši viegli aptvert lielu debesu laukumu.
Lai pārliecinātos, ka spilgtuma kritums, ko viņi atklāja, ir agrīnā Visuma zvaigžņu gaismas dēļ, zinātnieki apskatīja Doplera nobīdi. Šis efekts jums ir pazīstams, samazinot piķi, kad garām brauc automašīna ar mirgojošu gaismu un sirēnu. Tāpat, kad galaktikas attālinās no mums Visuma paplašināšanās dēļ, gaisma pāriet uz sarkano viļņu garumiem. Astronomi šo efektu sauc par "sarkano nobīdi".
Sarkanā nobīde zinātniekiem stāsta, cik tālu gāzes mākonis ir no Zemes un cik sen, pēc kosmiskiem standartiem, no tā izstaroja gaismu. Šajā gadījumā jebkura spilgtuma maiņa, kas gaidāma pie 21 cm viļņa garuma, norāda uz gāzes kustību un attālumu. Zinātnieki izmēra spilgtuma kritumu, kas notika dažādos kosmiskos laika periodos, līdz brīdim, kad Visumam bija tikai 180 miljoni gadu, un salīdzināja to ar tā pašreizējo stāvokli. Tā bija pašu pirmo zvaigžņu gaisma.
Sveika tumšā matērija
Ar to stāsts nebeidzas. Zinātnieki bija pārsteigti, atklājot, ka signāla amplitūda bija divreiz lielāka, nekā paredzēts. Tas liek domāt, ka ūdeņraža gāze bija daudz vēsāka, nekā gaidīts no mikroviļņu fona.
Šie rezultāti tika publicēti citā rakstā Nature un iemeta ēsmas āķi teorētiskajiem fiziķiem. Tas ir tāpēc, ka no fizikas kļūst skaidrs, ka šajā Visuma pastāvēšanas laikā gāzi bija viegli uzkarsēt, bet grūti atdzesēt. Lai izskaidrotu papildu dzesēšanu, kas saistīta ar signālu, gāzei nācās mijiedarboties ar kaut ko vēl vēsāku. Un vienīgais, kas agrīnā Visumā bija vēsāks par kosmisko gāzi, bija tumšā matērija. Teorētiķiem tagad jāizlemj, vai viņi var paplašināt kosmoloģijas un daļiņu fizikas standarta modeli, lai izskaidrotu šo parādību.
Mēs zinām, ka tumšās matērijas ir piecas reizes vairāk nekā parastās matērijas, taču mēs nezinām, no kā tā sastāv. Ir ierosināti vairāki daļiņu varianti, kas varētu veidot tumšo vielu, un favorīts starp tiem ir vāji mijiedarbojošās masīvās daļiņas (WIMP).
Jaunais pētījums tomēr liek domāt, ka tumšās vielas daļiņai nevajadzētu būt daudz smagākai par protonu (kas atomu kodolā nonāk kopā ar neitronu). Tas ir krietni zem WIMP paredzētajām masām. Analīze arī liecina, ka tumšā viela ir vēsāka, nekā paredzēts, un paver aizraujošu iespēju izmantot "21 cm kosmoloģiju" kā tumšās matērijas zondi Visumā. Turpmāki atklājumi ar jutīgākiem uztvērējiem un mazāku zemes radio traucējumu palīdzību varētu atklāt vairāk informācijas par tumšās matērijas būtību un varbūt pat norādīt tā kustības ātrumu.
Iļja Khels