В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, астрономы утверждают, что мы находимся на пороге окончательной расшифровки радиосигнала, который был испущен всего через сто миллионов лет после Большого взрыва. Астрономы называют его «21-сантиметровый сигнал», имея в виду длину волны. Этот всплеск излучения был вызван тем, что в зарождающемся космосе появились самые ранние звёзды и чёрные дыры.
«Это уникальная возможность узнать, как первый свет во Вселенной появился из темноты, — говорит соавтор исследования Анастасия Фиалкова, астроном из Кембриджского университета. — Переход от холодной, тёмной Вселенной к наполненной звёздами — это история, которую мы только начинаем понимать».
После нескольких сотен тысяч лет охлаждения, последовавших за Большим взрывом, первыми атомами, образовавшимися во Вселенной, в подавляющем большинстве случаев были нейтральные атомы водорода, состоящие из одного положительно заряженного протона и одного отрицательно заряженного электрона.
Но образование первых звёзд нарушило этот баланс. Когда эти космические реакторы заработали, они излучили свет, достаточно энергичный, чтобы реионизировать это преобладание нейтральных атомов водорода. При этом они испускали фотоны, которые давали свет с характерной длиной волны 21 сантиметр, что стало безошибочным маркером того, когда сформировались первые космические структуры.
Используя телескоп REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), который сейчас проходит калибровку, и огромный SKA (Square Kilometer Array), который строится в Австралии, исследователи разработали модель, которая позволяет определить массы первых звёзд, иногда называемых звёздами III популяции, ключом к исследованию которых является 21-сантиметровый сигнал.
При разработке модели они обнаружили, что до сих пор астрономы не учитывали должным образом влияние на эти первые звёзды таких звёздных систем, как рентгеновские двойные звёзды. Это системы, в которых чёрная дыра или нейтронная звезда срывает материал обычной звезды, вращающейся вокруг неё, производя рентгеновское излучение в процессе. Оказалось, что рентгеновские двойные звёзды ярче, и их было больше, чем считалось ранее.
«Мы — первая группа, которая последовательно смоделировала зависимость 21-сантиметрового сигнала от массы первых звёзд, включая влияние ультрафиолетового звёздного света и рентгеновского излучения от рентгеновских двойных звёзд, образующихся при гибели первых звёзд, — говорит Фиалкова. — Эти данные получены в результате моделирования, которое учитывает изначальные условия Вселенной, такие как водородно-гелиевый состав, образовавшийся в результате Большого взрыва».
