Всего через 200 миллионов лет после того, как Большой взрыв создал Вселенную, самые ранние галактики были относительно маленькими и тусклыми — тусклее, чем современные галактики, — и, вероятно, переработали только 5% или меньше своего газа в звезды. Эти первые галактики также излучали радиоволны с интенсивностью намного выше, чем у современных галактик, пишет журналистка «The Jerusalem Post» Джуди Зигель-Ицкович.

Это прорывное открытие было сделано международной командой, возглавляемой доктором Анастасией Фиалковой из Кембриджского университета, в которую входил профессор Реннан Баркана из Школы физики и астрономии имени Саклера в Тель-Авивском университете (ТАУ). Фиалкова – бывшая ученица Баркана в ТАУ. Команде астрофизиков впервые удалось статистически охарактеризовать первые галактики во Вселенной. Результаты этого инновационного исследования только что были опубликованы в престижном журнале «Nature Astronomy». «Это новая область и первое в своем роде исследование», — рассказал Баркана. «Мы пытаемся понять эпоху первых звезд во Вселенной, известную как «космическая заря», примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва. Космический телескоп Джеймса Уэбба, например, не может увидеть эти звезды. Он может обнаружить только несколько особенно ярких галактик из более позднего периода. Наша цель — исследовать всю популяцию первых звезд».

От Большого взрыва до наших дней

Согласно стандартной картине, до того, как звезды начали синтезировать более тяжелые элементы внутри своих ядер, наша Вселенная была не чем иным, как облаком атомов водорода после Большого взрыва, за исключением небольшого количества гелия и большого количества темной материи. Сегодня Вселенная также заполнена водородом, но в современной Вселенной он в основном ионизирован из-за излучения звезд. «Атомы водорода естественным образом излучают свет с длиной волны 21 см, что соответствует спектру радиоволн», — добавил Баркана. «Поскольку звездное излучение влияет на свет, излучаемый атомами водорода, мы используем водород в качестве детектора в наших поисках первых звезд. Если мы сможем обнаружить влияние звезд на водород, мы узнаем, когда они родились и в каких типах галактик. Я был одним из первых теоретиков, разработавших эту концепцию 20 лет назад, и теперь наблюдатели могут реализовать ее в реальных экспериментах. Группы экспериментаторов по всему миру в настоящее время пытаются открыть 21-см. сигнал от водорода в ранней Вселенной».

Одной из таких команд является EDGES (Эксперимент по обнаружению глобальной сигнатуры EoR), использующая небольшую радиоантенну, измеряющую среднюю по всему небу интенсивность радиоволн, поступающих из разных периодов космической зари. В 2018 году команда EDGES объявила, что нашла 21-сантиметровый сигнал от древнего водорода. «Однако с их выводами возникла проблема, — вспоминает Баркана. «Мы не могли быть уверены, что измеренный сигнал действительно исходил от водорода в ранней Вселенной. Это мог быть ложный сигнал, создаваемый электропроводностью земли под антенной. Поэтому мы все ждали независимого измерения, которое либо подтвердило бы, либо опровергло бы эти результаты. В прошлом году астрономы в Индии провели эксперимент под названием «Измерение фонового радиочастотного спектра в форме антенны» (SARAS), в котором антенну заставили плавать на озере — однородной поверхности воды, которая не могла имитировать полезный сигнал. Согласно результатам нового эксперимента, EDGES с вероятностью 95% на самом деле не обнаружила настоящий сигнал из ранней Вселенной». SARAS обнаружила верхний предел истинного сигнала, продолжил он, «подразумевая, что сигнал от раннего водорода, вероятно, значительно слабее, чем сигнал, измеренный EDGES. Мы смоделировали результат SARAS и проработали последствия для первых галактик, т.е. какие их свойства были заданы верхним пределом, определенным SARAS. Теперь мы впервые можем сказать, что галактики определенных типов не могли существовать в то раннее время». «Современные галактики, такие как наш Млечный Путь, излучают большое количество радиоволн», — заключил Баркана.

«В нашем исследовании мы установили верхний предел скорости звездообразования в древних галактиках и их общего радиоизлучения. И это только начало. С каждым годом эксперименты становятся все более надежными и точными, и, следовательно, мы ожидаем найти более жесткие верхние пределы, что даст нам еще более строгие ограничения для «космической зари». Мы надеемся, что в ближайшем будущем у нас будут не только пределы, но и точное, надежное измерение самого сигнала».