Ранні галактики можуть сприяти «післясвітінню» Всесвіту

«Післясвітіння» Всесвіту є важливим доказом Великого вибуху. Це фонове випромінювання також дає важливі відповіді на питання про те, як змогли утворитися перші галактики. Дослідники з університетів Бонна, Праги та Нанкіна підрахували, що сила цього випромінювання, ймовірно, досі була переоцінена. Якщо результати виявляться точними, це поставить під сумнів теоретичну основу стандартної моделі космології.

Простір, час і матерія виникли з нічого 13,8 мільярда років тому. Великий вибух ознаменував початок нашого Всесвіту — принаймні, згідно зі стандартною моделлю космології. Всесвіт вже значно розширився протягом перших 380 000 років після Великого вибуху, суттєво охолонувши в процесі.

Лише в цей момент електрони та протони змогли об’єднатися, утворюючи електрично нейтральні атоми водню. В результаті Всесвіт став прозорим для світла, оскільки фотони більше не могли обмінюватися енергією з матерією. Це ознаменувало народження космічного мікрохвильового фонового випромінювання. Ми й досі можемо виявити це випромінювання за допомогою високочутливих телескопів. Оскільки воно подорожує до нас майже 13,8 мільярда років, воно дає уявлення про народження та перші кілька годин існування Всесвіту.

«Однак, згідно з нашими розрахунками, можливо, що цього фонового випромінювання взагалі не існує», – пояснює професор доктор Павел Кроупа з Інституту радіаційної та ядерної фізики імені Гельмгольца при Боннському університеті та Карловому університеті в Празі. «Принаймні, ми переконані, що його силу переоцінили».

Потужний зоряний вогонь перекриває фонове випромінювання

Фізик разом із науковцем доктором Едою Г’єрго з Нанкінського університету в Китаї досліджував певну групу галактик, які називаються еліптичними галактиками.

«Всесвіт розширюється з часів Великого вибуху, як тісто, що піднімається», — каже Кроупа. «Це означає, що відстань між галактиками постійно збільшується. Ми виміряли, наскільки далеко одна від одної знаходяться еліптичні галактики сьогодні. Використовуючи ці дані та враховуючи характеристики цієї групи галактик, ми змогли за швидкістю розширення визначити, коли вони вперше утворилися».

Раніше вже було відомо, що еліптичні галактики були першими галактиками, що сформувалися у молодому Всесвіті. Величезні обсяги газу накопичилися, щоб дати початок сотням мільярдів зірок, що утворюють ці галактики.

«Наші результати зараз показують, що весь цей процес тривав лише кілька сотень мільйонів років, що відносно коротко в космологічних масштабах часу», – наголошує доктор Г’єрго. «Протягом цього часу ядерні реакції в цих запалених зірках були інтенсивно яскравими».

Г’єрго та Кроупа розрахували потужність цього раннього зоряного вогню. Вони, мабуть, палали так яскраво, що ми досі можемо їх виявити.

«Наші розрахунки показують, що частина космічного фонового випромінювання насправді походить від формування еліптичних галактик», — каже Г’єрго. «Це становить щонайменше 1,4% випромінювання, але може пояснити навіть його всю».

Нерівномірність призводить до утворення галактик

Навіть якщо це становить лише 1,4%, це, ймовірно, матиме величезні наслідки для стандартної моделі. Вимірювання, проведені протягом останніх кількох десятиліть, показали, що фонове випромінювання не є повністю однорідним. Натомість існують дуже невеликі відмінності в його інтенсивності залежно від напрямку, в якому ви дивитеся.

Дослідники досі інтерпретували це спостереження як доказ того, що газ не був рівномірно розподілений після Великого вибуху. Натомість, у деяких областях він був трохи менш щільним, ніж в інших. Це також є причиною, чому галактики взагалі могли формуватися: щільніші області діяли як точки конденсації, де газ стискався під дією власної гравітації, утворюючи зірки.

Без цього нерівномірного розподілу газу нас би, ймовірно, навіть не існувало. Однак варіації фонового випромінювання, які лежать в основі цієї теорії, становлять лише кілька тисячних відсотка. Питання тепер полягає в тому, наскільки надійними можуть бути ці вимірювання, якщо еліптичні галактики (які також не розподілені рівномірно) становлять щонайменше 1,4% від загального виміряного випромінювання.

«Наші результати є проблемою для стандартної моделі космології», — каже Кроупа. «Можливо, доведеться переписати історію Всесвіту, принаймні частково». Результати тепер опубліковані в журналі Nuclear Physics B.