Космический рассвет раскрывает многие величайшие загадки астрономии

К сожалению, они все еще не могут проникнуть сквозь завесу космических темных веков, периода, который длился от 370 000 до 1 миллиарда лет после Большого взрыва, когда Вселенная была залита светонепроницаемым нейтральным водородом. Из-за этого наши телескопы не могут видеть, когда образовались первые звезды и галактики - вероятно, в промежуток от 100 до 500 млн лет после Большого взрыва.

Об этом сообщает phys.org.

Этот период известен как Космический Рассвет и представляет собой «последний рубеж» космологических исследований для астрономов. В ноябре этого года космический телескоп Джеймса Уэбба следующего поколения (James Webb Space Telescope /JWST) NASA наконец-то выйдет в космос. Благодаря своей чувствительности и усовершенствованной инфракрасной оптике, JWST станет первой обсерваторией, способной стать свидетелем рождения галактик.

Согласно новому исследованию Университета Женевы, Швейцария, способность видеть Космический рассвет даст ответы на величайшие космологические загадки сегодняшнего дня.

Исследованием руководил доктор Хамса Падманабхан, физик-теоретик и сотрудник Collaboratrice Scientifique II из Университета Женевы. Она также является главным исследователем Швейцарского национального научного фонда (SNSF) и получателем гранта Ambizione в 2017 г. (финансирование исследований предоставлено SNSF) для своего независимого проекта под названием «Исследование Вселенной: через реионизацию и не только».

Для сегодняшних астрономов и космологов возможность наблюдать Космический рассвет представляет собой возможность разгадать самые непреходящие космические загадки. Хотя самый ранний свет во Вселенной все еще виден сегодня как космический микроволновый фон (CMB), то, что последовало вскоре после этого (и примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва), исторически было невидимым для наших самых передовых инструментов.

Долгое время ученые не могли дать ответы на несколько важных космологических вопросов. Мало того, что первые звезды и галактики сформировались во время «темных веков», постепенно неся свет во Вселенную, примерно в это же время произошла «космическая реионизация». В этот переходный период считается, что почти весь нейтральный газ, пронизывающий Вселенную, превратился в протоны и электроны (также известные как барионы), из которых состоит вся «нормальная» материя.

К сожалению, астрономы не смогли изучить этот период космической истории. Большая часть проблемы проистекает из того, как свет этой эпохи был смещен в красную область до точки, где он виден в части радиоспектра, недоступной для современных инструментов (линия перехода 21 см).

Но, как доктор Падманабхан объяснил Universe Today по электронной почте, это не единственный барьер для изучения ранней Вселенной: «Этот период до сих пор ускользал от нас в наблюдениях из-за высокого уровня чувствительности, необходимого для обнаружения излучения, в сочетании с проблемой обнаружения чрезвычайно слабого сигнала (который исходит от газообразного водорода, присутствующего в ранней Вселенной) в наличие излучения на переднем плане (в основном из нашей собственной галактики), которое примерно на 4-5 порядков больше, чем сигнал, который мы хотим измерить».

ПО ее словам, изучая самые ранние формирующиеся звезды и галактики, астрономы смогут увидеть, откуда взялось 90% барионной (также известной как «светящаяся» или «нормальная») материя во Вселенной и как она превратилась в крупномасштабные космические структуры, которые мы увидеть сегодня. Возможность моделировать эволюцию Вселенной с этого периода до сегодняшнего дня также дает возможность непосредственно увидеть влияние темной материи и темной энергии.

Исходя из этого, ученые будут оценивать различные космологические модели, наиболее распространенной из которых является модель Лямбда-Холодной Темной Материи (LCDM).

«Доступ к этой эпохе также представляет собой огромный скачок в содержании нашей космологической информации. Это связано с тем, что она содержит по крайней мере в 10 000-100 000 раз больше информации, чем доступно в настоящее время из всех наших обзоров галактик на данный момент, а также того, что мы получаем из Космическое микроволновое фоновое излучение (CMB). По сути, это самый большой набор данных, который мы когда-либо могли надеяться получить для тестирования наших моделей физики! Мы можем исследовать набор увлекательных физических моделей, выходящих за рамки нашей стандартной модели космологии », - сказала доктор Падманабхан.

К ним относятся модели, которые включают нестандартные версии темной материи (например, «теплую темную материю»), модифицированные версии гравитации и теории инфляции, не использующие темную энергию - модифицированную ньютоновскую динамику (MOND). По сути, ученые смогут увидеть гравитацию и космическое расширение с того самого момента, когда все это началось (через несколько триллионных долей секунды после Большого взрыва).

Она отметила, что в течение многих лет астрономическое сообщество с нетерпением ждало того дня, когда Джеймс Уэбб наконец выйдет в космос.

Во многом их восхищение связано с тем, что передовая инфракрасная оптика и высокая чувствительность обсерватории позволят ей наблюдать самые ранние галактики, когда они еще только формировались. Обычно свет галактик был бы закрыт всей межзвездной и межгалактической пылью и газом, которые лежат между ними и Землей. По словам доктора Падманабхана, наряду с существующими инструментами и инструментами следующего поколения, эти галактики будут наблюдаться впервые.

«Миссии, подобные JWST, смогут обнаруживать очень слабые галактики, которые сформировались, когда Вселенная была лишь десятой части своего нынешнего размера. В сочетании с радиообзорами, такими как Массив квадратных километров SKA, это даст нам исчерпывающую картину первые источники света и их развитие в космическом времени. JWST обеспечивает глубокие обзоры, подобные «карандашному лучу», общее поле обзора которых составляет порядка нескольких квадратных угловых минут, поэтому он не будет иметь доступа к космологическим масштабам, но значительно расширит наше понимание физических процессов, которые способствовали реионизации», - отметила она.

Возможность комбинировать сигналы от разных телескопов (и на разных длинах волн электромагнитной энергии) уже создала новые возможности для сложных кампаний по визуализации. Хорошим примером этого является проект Event Horizon Telescope (EHT), который использует 10 радиотелескопов по всему миру для сбора света от сверхмассивных черных дыр (таких как наш собственный Стрелец A *).

Она также подчеркнула, что в ближайшем будущем появится множество возможностей для проведения передовых исследований, и открытия, которые станут не чем иным, как революционными.

Ранее Курсор писал, что астрономы обнаружили новые ключи к образованию нашей Солнечной системы. Область активного звездообразования в созвездии Ро Змееносца дает астрономам новое понимание условий, в которых зародилась наша солнечная система.

Курсор также сообщал, что ученые выяснили, как галактики питают свои сверхмассивные черные дыры. Новое мощное моделирование показало, что спиральные рукава галактик ответственны за собирание газа для питания их центральных сверхмассивных черных дыр.

Ученые предположили, что сферы Дайсона вокруг черных дыр могут быть источником энергии для инопланетян. Сферы Дайсона — это теоретические мегаструктуры, которые развитые цивилизации могут использовать для извлечения как можно большего количества энергии из звезды.

Физики впервые подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Физики впервые экспериментально подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Теорема Хокинга предсказала, что площадь горизонта событий черной дыры никогда не может уменьшиться.

Курсор также писал о катаклизме нового типа в космосе: обнаружено первое слияние черной дыры и нейтронной звезды.

Ученые обнаружили необычную черную дыру. Новое исследование показало, что самая первая обнаруженная черная дыра намного больше, чем предполагалось.

Курсор уже сообщал, что ученые опровергли популярное представление о черных дырах. Астрофизики Массачусетского университета в Дартмуте и Университета Род-Айленда опровергли популярное представление о черных дырах, так называемую «теорему об отсутствии волос».

Зафиксировано столкновение черной дыры с загадочным объектом. Астрофизики из нескольких университетов США зафиксировали столкновение черной дыры с объектом, «который не должен существовать».

Стало известно, что ученые предсказали гибель необычной черной экзопланеты.

Ранее Курсор писал, что 20 планет за пределами Солнечной системы более пригодны для жизни, чем Земля, Также астрономы уже назвали четыре самые многообещающие планеты для жизни.

Напомним, что астрономы раскрыли тайну самой загадочной галактики.