Свет первых звезд обнаружен в космическом «тумане»
Миллионы лет после Большого взрыва Вселенная находилась в абсолютной темноте. А затем появился свет.
В новом исследовании, проводимом благодаря космическому гамма-лучевому телескопу Ферми, НАСА ближе, чем когда-либо, подошло к описанию того, как «зажглась» первая звезда, говорят ученые.
Основываясь на данных, полученных в ходе изучения высокоэнергичных потоков радиации, испускаемых очень давно, в ранней истории Вселенной, ученые говорят, что звезды зажглись не раньше, чем через 500 миллионов лет после Большого взрыва, который зародил жизнь нашей Вселенной приблизительно 13,75 миллиарда лет назад.
Полученные данные также устанавливают верхние и нижние границы количества света, который исходил от звезд в возрасте Вселенной на отметке 500 миллионов лет, и, следовательно, размер и количество ранних звезд. Звездная «популяция», как заключают исследователи, была очень мала.
«У нас не было возможности установить, когда точно первые звезды начали излучать свет, но мы имеем возможность отдаленно увидеть эпоху в истории Вселенной, когда это произошло», – говорит один из авторов исследования – астрофизик из Стэндфордского университета Марко Алледжо.
Сведения, полученные телескопом Ферми, приближают нас к тому, чтобы зафиксировать процесс «разгорания» первых звезд. Последующее исследование должно лучше рассказать о темном времени Вселенной, которое предшествовало появлению первого света, и о Большом взрыве, который был до всего.
«Туманные» рассуждения
Источником новых данных является первое более или менее точное измерение «внегалактического фонового света», о котором до этого ученые только строили предположения. Результаты исследования были опубликованы в новом номере журнала Science.
Учитывая имеющуюся информацию, «оптический и ультрафиолетовый свет, исходящий от звезд, продолжает путешествовать по Вселенной даже после того, как звезды перестают сиять, и это сохраняет остаточное радиационное поле», говорит Алледжо.
Чтобы измерить этот свет, команда Ферми изучала блазары – древние галактики, которые кажутся невероятно яркими, потому что их высокоэнергичные потоки, исходящие из их центральных черных дыр, ориентированы точно в направлении Земли.
Высокочастотная электромагнитная радиация из потоков от блазаров (гамма-лучи) испускает свечение, как яркий костер, через завесу «тумана» из космического фонового света, говорят исследователи.
Проносясь через космическое пространство, гамма-лучи сталкиваются с остаточным светом звезд и теряют большую долю своей энергии. Лучи, которые потеряли большую часть своей гамма-радиации, вероятно, исходят от самых старых блазаров.
Эти старые лучи телескоп Ферми распознает как «плотность» космического светового тумана. Этот туман относится к первому 500-миллионному периоду Вселенной и является средством для измерения самих звезд, что на данный момент физически невозможно.
«Назад, к первым звездам»
Новое исследование – часть международной программы, которая разрабатывается под лозунгом «Назад, к первым звездам». Автор данного лозунга – астрофизик Джастин Финк.
Еще один астрофизик, являющийся одним из основоположников программы, – Ави Лоев с кафедры астрономии в Гарвардском университете. Он считает новое исследование инновационным и перспективным подходом к решению давней проблемы.
К тому же в ходе этого исследования были получены доказательства того, что молодая Вселенная не была «густо населена» звездами. Этим аспектом занимался Лоев, который собирается до конца года издать учебник на эту тему.
«Мы знаем из собственных наблюдений галактик, что в начале существования Вселенной, формировавшейся в течение миллиарда лет после Большого взрыва, количество звезд не превышало 1% от всех звезд, которые наполняют небо сегодня».
Период абсолютной тьмы, который длился в истории Вселенной не менее 400 миллионов лет (сразу после Большого взрыва), оставил после себя что-то вроде черного ящика. Более точное изучение того, что привело к формированию звезд, и затем – к их свету, будет работой нескольких сложных и больших телескопов, которые, как ожидают, приступят к осуществлению этих задач к концу десятилетия. Главным средством исследования будет Космический телескоп НАСА Джеймса Вебба.
Ферми «готовит почву» для детальных исследований. «Ферми предоставляет нам теневое изображение первых звезд, – говорит астроном из Университета Техаса Уолкер Бромм, – а Вебб будет их непосредственно обнаруживать».
