Група з 350 радіотелескопів у пустелі Кару в Південній Африці наближається до виявлення «космічного світанку» — епохи після Великого вибуху, коли вперше спалахнули зірки й почали розквітати галактики. Команда вчених з усієї Північної Америки, Європи та Південної Африки подвоїла чутливість радіотелескопа під назвою Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA). Завдяки цьому прориву вони сподіваються зазирнути в таємниці раннього Всесвіту.
«Протягом останніх кількох десятиліть команди з усього світу працювали над першим виявленням радіохвиль від космічної зорі. Хоча таке виявлення залишається невловимим, результати HERA становлять собою найточнішу пошукову роботу на сьогодні», — говорить Адріан Лю, співробітник Доцент кафедри фізики та Космічного інституту Тротьє в Університеті Макгілла.
Цей масив уже був найчутливішим радіотелескопом у світі, призначеним для дослідження космічного світанку. Тепер команда HERA покращила свою чутливість у 2,1 раза для радіохвиль, випромінюваних приблизно через 650 мільйонів років після Великого вибуху, і у 2,6 раза для радіохвиль, випромінюваних приблизно через 450 мільйонів років після Великого вибуху. Їх робота описана в статті, опублікованій в The Astrophysical Journal.
Хоча вченим ще належить виявити радіовипромінювання кінця космічних темних віків, їхні результати дають підказки про склад зірок і галактик у ранньому Всесвіті. Наразі їхні дані свідчать про те, що ранні галактики містили дуже мало елементів, крім водню та гелію, на відміну від наших галактик сьогодні. Сучасні зірки містять різноманітні елементи, від літію до урану, які важчі за гелій.
Виключаючи деякі теорії
Коли радіотарілки будуть повністю онлайнові та відкалібровані, команда сподівається побудувати 3D-карту бульбашок іонізованого та нейтрального водню — маркерів ранніх галактик — у міру їх еволюції від приблизно 200 мільйонів років до приблизно 1 мільярда років після Великого вибуху. За словами дослідників, карта може розповісти нам, чим ранні зірки та галактики відрізнялися від тих, які ми бачимо навколо себе сьогодні, і як виглядав Всесвіт у своєму підлітковому віці.
За словами дослідників, той факт, що команда HERA ще не виявила ці сигнали, виключає деякі теорії про те, як еволюціонували зірки в ранньому Всесвіті. «Наші дані свідчать про те, що ранні галактики були приблизно в 100 разів яскравішими в рентгенівських променях, ніж сучасні галактики. Вважалося, що це так, але тепер у нас є фактичні дані, які підтверджують цю гіпотезу», — каже Лю.
Очікування сигналу
Команда HERA продовжує вдосконалювати калібрування телескопа та аналіз даних, сподіваючись побачити ці бульбашки в ранньому Всесвіті. Однак відфільтрувати місцевих радіоперешкод, щоб побачити сигнали з раннього Всесвіту, було нелегко. «Якщо це швейцарський сир, галактики роблять діри, і ми шукаємо сир», — каже Девід ДеБоер, астроном-дослідник з лабораторії радіоастрономії Каліфорнійського університету в Берклі.
«HERA продовжує вдосконалюватися та встановлює все кращі межі», — каже Аарон Парсонс, головний дослідник HERA та доцент астрономії Каліфорнійського університету в Берклі. «Той факт, що ми можемо продовжувати просуватися вперед і маємо нові методи, які продовжують приносити плоди для нашого телескопа, це чудово».