Наживо побачити процес зародження перших зірок у Всесвіті було і залишається мрією багатьох дослідників вже не перший десяток років. Проте жоден з доступних нам телескопів не в змозі пробитися крізь щільні хмари водню, що їх оточували. У статті, опублікованій у виданні Nature Astronomy, група вчених під керівництвом астрономів Кембридзького університету описала цікавий спосіб обійти цю проблему.

Ранні зірки й галактики мають у собі ключ до розуміння того, як розвивався наш Всесвіт з моменту Великого вибуху. На жаль, через хмари водню, що їх оточують, випромінюване цими об’єктами світло може бути в сотні тисяч разів слабшим за радіосигнали, що виходять з нашої галактики. Якщо додати до цього ще й інструментальні завади, цікавий для вчених сигнал стає практично невловним традиційними методами.

Коли тільки зароджувалися перші зірки, Всесвіт був переважно порожнім і складався з водню та гелію. Під дією гравітації ці елементи згодом сформували перші зірки – проте ті були оточені хмарами з так званого нейтрального водню, що дуже добре поглинає світло. Тому засікти сигнал по той бік хмар є дуже складною задачею.

Елой де Лера Аседо, головний автор статті

Розроблений командою підхід дозволяє спостерігати за ранніми зірками через їхню взаємодію з водневими хмарами – подібно до того, як по тінях в тумані можна зрозуміти, що знаходиться з іншого боку. За словами вчених, їхній алгоритм зможе забезпечити кращу якість та надійність спостережень. Ключовим його елементом є відокремлення шуму від цінних даних за допомогою статистичного аналізу.

Новий метод застосують в ході ініційованого командою експерименту з виявлення перших зірок під назвою REACH. Його мета – поглибити наші знання про ранній період розвитку Всесвіту. Вчені мають намір перевірити результати іншого подібного проєкту – EDGES – що у 2018 році захопив увагу наукової спільноти потенційним виявленням раннього сигналу.

Пояснення цього результату вимагало б повністю нової теорії фізики, оскільки виміряна в ході експерименту температура водню виявилася набагато нижчою, ніж допускає наше поточне розуміння Всесвіту. Альтернативним поясненням може бути аномально висока температура реліктового випромінювання.

Однак надійність результатів EDGES було поставлено під сумнів, оскільки жодна спроба відтворити їх не мала успіху. Команда, що очолює REACH, націлена поставити крапку в цій історії:

Якщо ми зможемо підтвердити, що виявлений у ході минулого експерименту сигнал дійсно належить одній із перших зірок, наслідки будуть феноменальними.

Для вивчення цього періоду в історії Всесвіту вчені шукають у радіовипромінюванні сліди нейтрального водню. Щоб отримати якісніші спостереження, команда використовує дві антени – вперше серед експериментів такого роду.

Ми аналізуємо дані з кількох антен, причому у ширшому діапазоні частот, ніж раніше. Такий підхід надасть нам достатньо інформації для подальшого Баєсівського аналізу.

Спорудження спеціального телескопа для експерименту вже майже завершено. Він розташований у Південній Африці далеко від джерел радіовипромінювання – це має звести до мінімуму кількість шуму людського походження.

Ми вирішили розробити телескоп спеціально під наші вимоги. Це допоможе нам краще виміряти сигнали з кінця Темних віків Всесвіту до початку епохи реіонізації.

На перші результати в рамках експерименту REACH варто чекати вже цього року.

Джерело