Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 25.11.2017

Scroll to top

Top

Один комментарий

Обсерватория "Планк" подтверждает: первые звёзды действительно появились позже на 150 миллионов лет

Обсерватория «Планк» подтверждает: первые звёзды действительно появились позже на 150 миллионов лет
shortstoryf

В сети начинает появляться всё более подробная информация о проведённой миссией «Планк» работе по изучению космического микроволнового фона. В одной из недавних статей учёные уже описывали в общих чертах, что добился аппарат, а чего не смог. Так, мы узнали, что учёные официально открестились от того, что год назад благодаря обсерватории смогли разглядеть B-моду поляризованного света в реликтовом излучении. В другой заметке в общих чертах описывались предположения того, что, так называемые «Тёмные Века» нашей Вселенной длились дольше на 150 миллионов лет, а следовательно и первые звёзды зажглись позже. А теперь специалисты из Европейского космического агентства опубликовали более подробный разбор этой эпохи существования Вселенной.

Начало

История Вселенной

Современное представление об эволюции Вселенной за её 13.8 миллиардов лет существования. В частности, здесь отражены подробнее события, способствовавшие возникновению космического микроволнового фона. График в верхней части иллюстрации показывает представления художника о развитии Вселенной на крупных масштабах. Здесь изображены два отрезка существования космоса: от инфляции до появления микроволнового фона, который сейчас изучается, и от «Тёмных Веков» и рождения первых звёзд и галактик, которые повторно ионизировали Вселенную, до настоящего времени. Крошечные квантовые колебания, возникшие во время эпоху инфляции, стали семенами будущих космических структур: звёзд и галактик. После инфляции частицы тёмной материи начали налипать на эти космические семена, медленно создавая космическую структуру. Позже, после возникновения космического микроволнового фона, обычная материя начала также попадать на эти структуры, что в конечном счёте привело к рождению звёзд и галактик. График внизу показывает в увеличении представление о некоторых микроскопических процессах, имевших место в космической истории: крошечные колебания во время инфляции; плотный «суп» из частиц, которые заполнили раннюю Вселенную; последнее рассеивание электронов света, которые дали начало космическому микроволновому фону и его поляризации; реионизация Вселенной, вызванная появлением первых звёзд и галактик. Источник:

История нашей Вселенной на сегодняшний день охватывает промежуток времени в 13.8 миллиардов лет. В настоящее время множество учёных занято тем, что исследуют различные эпохи всего этого отрезка, изучая планеты, астероиды, кометы и другие объекты в Солнечной системе, а также улавливая свет, излучаемый далёкими звёздами, галактиками и распределением вещества между ними. Основной источник информации, способный объединить все разрозненные представления об эволюции Вселенной, называют космическим микроволновым фоном (Cosmic Microwave Background, CMB), который представляет собой реликтовое излучение, возникшее в момент времени, когда Вселенная была очень плотной и горячей, спустя всего 380000 лет после Большого взрыва. А благодаря расширению космического пространства мы можем видеть этот свет сегодня в виде покрывающего всё небо микроволнового излучения.

Между 2009 и 2013 годами космическая обсерватория «Планк» занималась изучением всего видимого неба, чтобы исследовать этот древний свет в беспрецедентных деталях. Крошечные различия в температуре фонового света будут характеризовать области с различной плотностью и позволят проследить те места, в которых начали зарождаться семена будущих структур, которые мы видим сегодня, таких как звёзды и галактики. За время работы аппарата учёные провели множество анализов и выпустили много отчётов, подтверждая стандартную космологическую картину нашей Вселенной с очень большой точностью.

«Но здесь есть что-то ещё. Космический микроволновый фон несёт в себе ответы на дополнительные вопросы о нашей космической истории, которые зашифрованы в его поляризации. «Планк» впервые измерил этот сигнал с высокой точностью по всему видимому небу и составил уникальные карты его распределения», — Ян Тобер, руководитель проекта «Планк» в Европейском космическом агентстве.

О рождении звёзд

  • Космический микроволновый фон

    Визуализация поляризации космического микроволнового фона от обсерватории «Планк». Здесь цветом показан перепад температур в излучении, а применение специальной ребристой текстуры позволило указать на характеристику поляризации света. То, что мы видим относительно поляризованного света, характерно для E-моды, которая является доминирующим компонентом во всей структуре такого света. Чтобы не нагромождать изображение исследователи отфильтровали данные и показали главным образом сигнал, в масштабе около пяти градусов на небе. Однако, «Планк» способен улавливать колебания в температуре и поляризации и на много меньших угловых масштабах. Источник: ESA and the Planck Collaboration

  • Космический микроволновый фон

    Анимация того, как точно «Планк» может определять поляризацию космического микроволнового фона. В начале показано всё небо в масштабе пять градусов. Затем показана микроструктура, представленная по выделенному участку неба, размеры которого 20 градусов. Сначала эта область показана с грубым фильтром, как и всё небо, а затем с применением другого фильтра, способного охватить информацию из участка до 20 угловых минут. Источник: ESA and the Planck Collaboration

Свет становится поляризованным, когда все его составляющие начинают колебаться в определённом направлении. Это явление может возникнуть, когда частицы света, именуемые фотонами, ударяются и отскакивают от других частиц. Как раз это и произошло, когда космический микроволновый фон впервые появился во Вселенной. Первоначально фотоны были пойманы в ловушку в горячем, плотном «супе» частиц, который к тому времени, когда возраст Вселенной был всего несколько секунд, состоял, главным образом, из электронов, протонов и нейтрино. Вследствие высокой плотности электроны и фотоны сталкивались друг с другом настолько часто, что свет попросту не успевал выйти из этой области, не столкнувшись с новым электроном. В то время космическое пространство было окутано своеобразным «туманом». Медленно, но верно, по мере того как космос стал расширяться и охлаждаться, фотоны и другие частицы стали более обособлены друг от друга, и столкновения стали менее частыми.

У этого события были два последствия. Во-первых, электроны и протоны смогли наконец объединиться и сформировать нейтральные атомы без риска быть разрушенными прилетевшим фотоном. Во-вторых, для фотонов стало достаточно места, чтобы вылететь из ловушки этого космического тумана. Как раз в этот момент освобождённые фотоны начали своё долгое путешествие, которое в конечном итоге приведёт их к Земле, где телескопы, как «Планк», смогли бы их зарегистрировать в виде космического фонового излучения. Но удивительно не только это. Удивительно ещё и то, что этот свет сохранил в себе память о своих последних столкновениях с электронами, во время периода его поляризации.

«Поляризация космического микроволнового фона содержит в себе крохотные различия, если смотреть небо от участка к участку. Это похоже на температурные колебания, которые отражают состояние космоса в тот момент, когда свет и материя перестали существовать в тесной связи. Мы имеем мощный инструмент для оценки новых независимых параметров, таких как возраст Вселенной, темп её расширения и количественный состав видимой материи.», — Франсуа Буше из Астрономического института в Париже.

Данные от «Планка» о поляризации реликтового излучения подтверждают детали стандартной космологической картины, поскольку температурные флуктуации в микроволновом излучении полностью соответствуют тому состоянию, в котором пребывает наша Вселенная сейчас. Но, помимо всего, учёным удалось получить важный ответ на фундаментальный вопрос о том, когда же появились первые звезды.

«После того, как фоновое излучение начало распространяться, Вселенная всё ещё очень сильно отличалась о той, в который мы живём теперь, и потребовалось много времени, пока первые звёзды смогли сформироваться. Наблюдения обсерватории «Планк за поляризации микроволнового фона говорят нам, что «Тёмные Века» Вселенной закончились спустя приблизительно 550 миллионов лет после Большого взрыва. Это больше на 150 миллионов лет, чем мы предполагали ранее. И в то время как эта цифра кажется маленькой по сравнению с возрастом Вселенной в почти 14 миллиардов лет, в то время разница в 150 миллионов из 550 прошедших была очень существенна», — объясняет Марко Берсанелли.

«Тёмные Века» закончились с первой вспышкой самой первой звезды. И поскольку свет от звёзд стал взаимодействовать с газом во Вселенной, всё больше и больше атомов стали переходить в их составные частицы, в электроны и протоны. Эта ключевая фаза в истории космоса известна как «Эпоха реионизации». Недавно освобождённые электроны заново стали сталкиваться со светом космического микроволнового фона, хотя и не так часто, как раньше вследствие ещё большего расширения Вселенной. Однако, также как и в первый раз, когда Вселенной было 380000 лет, в этот период столкновения электронов и фотонов также оставили контрольные отпечатки в поляризации микроволнового фона.

«Согласно нашим исследованиям самых отдалённых галактик и квазаров, мы знаем, что эпоха реионизации полностью закончилась тогда, когда вселенной стукнуло 900 миллионов лет. Но в настоящее время, мы можем изучить, когда этот процесс начался, только с помощью данных о космическом микроволновом фоне».

Это ещё не конец

Млечный путь поляризованная пыль

Здесь показан результат взаимодействия между межзвёздной пылью в Млечном пути и структурой его магнитного поля. Обсерватория «Планк» в состоянии не только обнаружить космический микроволновый фон, но также и зафиксировать эмиссию от разряженного вещества в нашей Галактике, которая, хоть и блокирует древний свет, но чрезвычайно важна для изучения рождения звёзд и других объектов в ней. К такому веществу можно отнести космическую пыль, которая попадает к нам из межгалактической среды, а также газ, который является главным компонентом для рождения зёзд. Межзвёздные облака газа и пыли испытывают на себе влияние магнитного поля Млечного пути, поэтому их мелкие частицы имеют тенденцию развернуться своей большей осью по прямым углом к направлению линий магнитного поля. В результате свет, излучаемый зёрнами пыли, становится частично поляризован. По этим данным и можно понять состояние магнитного поля. На этом изображении цветом показана общая интенсивность эмиссии пыли, что позволяет увидеть структуру межзвёздных облаков в Млечном пути. Ребристая текстура, наложенная сверху, показывает изменение направления поляризации света от пыли, которая, в свою очередь, указывает на ориентацию магнитного поля. Источник: ESA and the Planck Collaboration

Новые результаты «Планка» важны тем, что предыдущие исследования поляризации указали на более раннее появление первых звёзд, передвигая начало эпохи реионизации на время, когда вселенной было приблизительно 300-400 миллионов лет. Тут возникла небольшая загвоздка: изображения глубокого космоса, полученные космическим телескопом Хаббл, показали, что самые ранние известные галактики во Вселенной начали формироваться спустя как раз 300-400 миллионов лет после рождения пространства. Однако, как считалось, одних только этих объектов не было достаточно, чтобы остановить «Тёмные века», поэтому начало реионизации ставилось под сомнение. Новые доказательства от «Планка» точно указали, что этот период жизни Вселенной начался позже, чем предполагалось, и что света самых первых звёзд и галактик было достаточно, чтобы запустить этот процесс. Более позднее окончание эпохи «Тёмных Веков» означает, что будущие исследовательские миссии, такие как телескоп имени Джеймса Уэбба, смогут с большей лёгкостью обнаружить первое поколение галактик.

Но появление первых звёзд не является пределом для обсерватории. По последним сведениям, учёным также удалось изучить поляризацию излучения газа и пыли Млечного пути, что позволило проанализировать структуру галактического магнитного поля. Но и это ещё не всё. Полученные данные позволили лучше понять особенности раннего космоса и его компонентов, включая загадочную тёмную материю и неуловимые нейтрино. Данные «Планка» позволили углубиться ещё дальше и подойти к периоду инфляции — короткой эпохе, которая началась сразу после того, как Вселенной исполнилась крошечная доля секунды. В качестве важного элемента, который смог бы рассказать об этом периоде, учёные рассматривают признаки присутствия гравитационных волн, которые были рождены инфляцией и также оставили отпечатки в космическом микроволновом фоне. Но, как уже сообщалось, пока никакого подтверждения их присутствия получено не было.

По информации Европейского космического агентства.

Comments

  1. Ну, не верю я этому сценарию!
    Какая глупая сказка, какая логика диктует этот сценарий?
    Опускаются во времени до 1секи и ниже, как будь то тогдашняя 1сек была равна нашей!
    Сразу сварили суп со всеми ингредиентами!
    Сценарий не «красивый», а значит неправильный!

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

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