Первый "космический рассвет" длился намного дольше, чем считали астрономы — почти миллиард лет
Наличие временной шкалы в рамках этого колоссального сдвига помогло бы нам понять эволюцию Вселенной, но до сих пор наши лучшие попытки были нечеткими оценками, основанными на данных низкого качества.
Международная группа астрономов во главе с Астрономическим институтом Макса Планка в Германии использовала свет от десятков удаленных объектов, называемых квазарами, чтобы устранить неопределенность, определив, что последние крупные клочки водородного «тумана» сгорели намного позже, чем мы сначала думали: после Большого взрыва прошло больше миллиарда лет.
Первые 380 000 лет были статичным шипением субатомных частиц, застывающих в остывающем вакууме расширяющегося пространства-времени. Как только температура упала, образовались атомы водорода — простые структуры, состоящие из одиночных протонов, объединяющихся с одиночными электронами. Вскоре вся Вселенная была заполнена незаряженными атомами, море которых качалось туда-сюда в бесконечной тьме.
Там, где толпы нейтральных атомов водорода собирались под непредсказуемым толчком квантовых законов, гравитация брала верх, стягивая все больше и больше газа в шары, где мог начаться ядерный синтез.
Вспыхнувшая первая «космическая заря» залила окружающий водородный туман излучением, выбив их электроны из протонов и превратив атомы обратно в ионы, которыми они когда-то были. Сколько времени занял этот «рассвет», от первого света тех ранних звезд до реионизации последних оставшихся очагов первичного водорода, никогда не было ясно.
Исследования, проведенные более 50 лет назад, использовали способ поглощения света от сильно активных галактических ядер (называемых квазарами) промежуточным газом, плавающим в близлежащей межгалактической среде. Найдите серию квазаров, уходящих вдаль, вы можете эффективно увидеть временную шкалу ионизации нейтрального газообразного водорода.
Но знать теорию — это одно. С практической точки зрения трудно интерпретировать точную временную шкалу по горстке квазаров. Мало того, что их свет искажается расширением Вселенной, он также проходит через карманы нейтрального водорода, образовавшиеся задолго до космического рассвета.
Чтобы лучше понять это заикание ионизированного водорода по небу, исследователи увеличили свою выборку, утроив предыдущее количество высококачественных спектральных данных, проанализировав в общей сложности свет от 67 квазаров.
Цель состояла в том, чтобы лучше понять влияние этих более свежих карманов атомов водорода, что позволило исследователям лучше идентифицировать более отдаленные вспышки ионизации.
Оказалось, последние остатки исходного водорода выпали под лучами звездного света первого поколения примерно через 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва. «Еще несколько лет назад преобладало мнение, что реионизация завершилась почти на 200 миллионов лет раньше», — пояснил астроном Фредерик Дэвис из Астрономического института Макса Планка в Германии.
Будущие технологии, способные непосредственно обнаруживать спектральные линии, испускаемые при реионизации водорода, должны быть в состоянии уточнить не только то, когда закончилась эта эпоха, но и предоставить важные детали того, как она разворачивалась.
