Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 23.10.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Обсерватория "Планк" подтверждает: эпоха реионизации началась позже на 200 миллионов лет

Обсерватория «Планк» подтверждает: эпоха реионизации началась позже на 200 миллионов лет
shortstoryf

Космическая обсерватория «Планк» показала, что первые звёзды во Вселенной начали формироваться позже, чем это было установлено в предыдущих наблюдениях за так называемых космическим микроволновым фоном (Cosmic Microwave Background, CMB). Этот новый анализ также установил, что эти звёзды были единственными источниками, которые ответственны за повторную ионизацию атомов в космосе, завершив этот процесс на половину, когда Вселенная достигла возраста 700 миллионов лет.

Из-за огромного разнообразия галактик и ещё большего количества звёзд, которые заполняют существующую Вселенную в наше время, очень трудно вообразить себе, насколько она отличалась от нашего космического пространства, возрастом 13.8 миллиарда лет, когда ей было всего лишь несколько секунд. В той ранней фазе Вселенная представляла собой горячий первородный плотный суп из частиц, по большей части электронов, протонов, нейтрино и фотонов — частиц света. В такой плотной среде Вселенная выглядела как совершенно непрозрачный туман, поскольку световые частицы не могу пройти хоть какое-то мало-мальски значительное расстояние, не столкнувшись с электронами.

Поскольку космос расширился, Вселенная стала холоднее и более разреженной, и приблизительно через 380000 лет она стала наконец-то «прозрачной». К тому времени столкновения с частицами стали носить чрезвычайно спорадический характер, и фотоны могли свободно перемещаться сквозь космическое пространство.

Планк эпоха реионизации

Так себе представляет эпоху реионизации художник. Источник: ESA – C. Carreau

В наши дни, такие телескопы, как «Планк, могут наблюдать этот свет, который является своеобразной окаменелостью тех давних событий, известный как космический микроволновый фон или CMB. По его расположению на небе удалось заметить крошечные колебания, которые содержат богатую информацию об истории, составе и геометрии Вселенной. Высвобождение CMB произошло в то время, когда электроны и протоны объединились для того, чтобы сформировать атомы водорода. Это — первый момент в истории космоса, когда материя находилась в электрически нейтральном состоянии. После этого прошли ещё несколько сотен миллионов лет, прежде чем эти атомы смогли собраться вместе и дать начало первому поколению звёзд Вселенной.

Поскольку эти первые звёзды появились, они заполнили свою окружающую среду светом, который впоследствии разделил нейтральные атомы на части — электроны и протоны. Учёные называют этот период существования Вселенной как Эпоху Реионизации. Большей части материи Вселенной не составило труда полностью ионизироваться, и, кроме очень немногих, изолированных мест, оно продолжает находиться в таком состоянии до сих пор.

Наблюдения за очень отдалёнными галактиками, содержащими в своих ярдах сверхмассивные чёрные дыры, указывают, что Вселенная была полностью реионизирована к тому времени, когда её возраст составлял примерно 900 миллионов лет. Исходную точку этого процесса, однако, намного более трудно определить. Эта тема является одной из самых горячих в последние годы.

«CMB может показать нам, когда эпоха реионизации началась, и, в свою очередь, когда первые звёзды сформировались во Вселенной», — Ян Тобер, руководитель миссии «Планк» из Европейского Космического Агентства.

Чтобы провести соответствующие измерения, учёные научились максимально использовать тот факт, что часть CMB поляризована — свет колеблется в одном предпочтительном направлении. Это следует из фотонов в CMB, которые отскакивают от электронов. Это происходило очень часто в первородном состоянии Вселенной, прежде чем микроволновый фон был излучён, а также позже, после реионизации, когда свет от первых звёзд вернул свободные электроны в космическое пространство.

«Именно в крошечных колебаниях поляризации CMB мы видим, что влияние реионизации стало преобладать и выходить на передний план».

Первая оценка эпохи реионизации появилась в 2003 году от зонда WMAP. Тогда было выдвинуто предположение, что этот процесс, возможно, запустился рано в космической истории, когда Вселенной было только несколько сотен миллионов лет. Этот результат был проблематичен, поскольку не было никаких доказательств, что к тому времени могли сформироваться хоть какие-то звёзды. В связи с этим потребовалось постулирование существования других, экзотических источников, которые могли вызвать переионизацию.

Эта первая оценка было вскоре исправлена, поскольку последующие данные от WMAP отодвинули время начала реионизации к более поздним эпохам, указывая, что Вселенная не была существенно повторно ионизирована, по крайней мере, до 450 миллионов лет от Большого Взрыва. Это упростило, но не решило проблему полностью. Несмотря на то, что самые ранние из первых звёзд уже существовали, когда Вселенной было 300-400 миллионов лет, до сих пор оставалось неясным, были ли эти звёзды основной причиной того, что космической пространство стало повторно ионизироваться.

В 2015 году коллаборация обсерватории «Планк» обеспечила новые данные для решения этой проблемы, передвинув эпоху реионизации немного ближе к нашему времени и показав, что примерно половина этого процесса завершилась, когда возраст Вселенной составлял примерно 550 миллионов лет. Этот результат основывался на первых картах поляризации CMB всего неба, полученных с помощью низкочастотного инструмента LFI.

Теперь, новый анализ данных от обсерватории «Планк», но от высокочастотного прибора HFI, который более чувствителен к этому явлению, показывает, что эпоха реионизации началась ещё позже — намного позже, чем кто-то когда-либо мог предположить.

«Очень подробные измерения от HFI ясно продемонстрировали, что реионизация была очень быстрым процессом. который стартовал довольно поздно в космической истории, а половина этого процесса завершилась только к тому времени, когда возраст Вселенной достиг 700 миллионов лет. Эти результаты теперь помогут нам смоделировать начало фазы повторной ионизации. Мы также подтвердили, что нет необходимости в присутствии никаких других источников, помимо первых звёзд, чтобы повторно ионизировать Вселенную», — Жан-Луп Пюже из Астрофизического института в Орсе, Франция.

Новое исследование перемещает момент рождения первых звёзд намного дальше на космическом графике времени. Это означает, что первые поколения галактик будут хорошо наблюдаться уже с помощью следующего поколения астрономических приборов, а, возможно, некоторые можно увидеть и с помощью приборов текущего поколения. Фактически, есть вероятность того, что некоторые самые первые галактики уже были обнаружены с длинными выдержками, такими как в рамках программы Hubble Ultra Deep Field.

По информации Европейского Космического Агентства.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google