Първите наблюдения на радиацията от далечната епоха на първите звезди във Вселената помогнаха на учените да оценят масата на частиците от тъмната материя, съобщава Science.

Сигналите произхождат от водороден газ от само 180 милиона години след Големия взрив, който се е случил преди 13,8 милиарда години. Първото поколение звезди във Вселената са се формирали около това време.

Изследването, описващо констатациите след 12 години работа, е публикувано в Nature.

"Намирането на този миниатюрен сигнал откри нов прозорец към ранната Вселена", заяви Джуд Боуман (Judd Bowman) от Университета в Аризона, водещият автор на изследването.

"Телескопите не могат да виждат достатъчно далеч, за да изобразят такива древни звезди директно, но ние ги видяхме, когато се включиха радиовълните, пристигащи от космоса".

Боуман и колегите му от Университета на Аризона участват в проекта "Експеримент за откриване на следи от глобалната епоха на рейонизация*" (Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature, EDGES). Рейонизацията е период около 550-800 милиона години след Големия взрив, когато във Вселената се запалват първите звезди и се появяват първите галактики, водородът и хелият, изпълващи космоса се превръщат в лъчиста йонизирана плазма.

В рамките на проекта EDGES в Западна Австралия работи масив от радиотелескопи, които регистрират микровълновия сигнал, оставен от водорода от епохата на рейонизацията. 

^{Област на звездообразуване в съзвездието Персей. Снимка: ESA / LFI & HFI}

До този момент тази работа бе възпрепятствана от радиоизлъчването на източниците от нашата собствена галактика, които заглушаваха слабия сигнал от далечното минало. Но Боуман и неговите колеги успяват да разработят алгоритъм за премахване на този "бял шум" от получените спектри - и да получат картина от времената 180-250 милиона години от раждането на Вселената.

Това са първите реални наблюдения, които се отнасят до периода между първичната рекомбинацията (около 400 хиляди години след Големия взрив), която е запазила реликтовото микровълново излъчване и светлината от най-ранните известни галактики (400 милиона години).

^{*Светлината е била в състояние да се разпространява свободно във Вселената не по-рано от 400 000 години след Големия взрив. Откакто става Големия взрив, Вселената се разширява и изстива, разтегляйки онази първична светлина от началната й висока честота, която днес можем да регистрираме като фотони от микровълновия диапазон: космическото реликтово микровълново лъчение, идващо от всички посоки на Вселената.}

^{След това настъпва епохата на рейонизация, която започва няколко стотин милиона години след Големия взрив с рекомбинация на водорода и когато Вселената става прозрачна за фотоните и видима. Рекомбинацията (рейонизацията) е процес, обратен на йонизацията, както може би се досещате. Състои се в привличане на свободните електрони от йоните. Така рекомбинацията води до превръщане на йоните в неутрални атоми или молекули. През тази епоха изгряват първите звезди.}

^{Звездите ни изведоха от космическите тъмни векове. N.R.Fuller, National Science Foundation}

Сигналът се оказа повече от два пъти по-силен от очаквания от учените - това показва, че водородът се е охладил по-бързо от прогнозите на теорията. Този неочакван резултат се интерпретира от Ренан Баркана (Rennan Barkana), астрофизик от Университета в Тел Авив, чиято статия е публикувана в същия брой на Nature. Той отбелязва, че допълнителната енергия на водородния газ може да се получила от сблъсъци с частици тъмно вещество. Изхождайки от това, ученият оценява масата им на около пет пъти масата на водородния атом.

Тези изводи могат да послужат като нов аргумент в полза на един от алтернативните модели тъмната материя. Днес най-популярна е идеята, че нейните частици са изключително масивни - стотици пъти повече от водорода или протони. Търсенето на такива частици обаче досега не дава резултати. Това подкрепя по-малко популярния модел, при който тъмната материя се състои от много по-леки и по-малко взаимодействащи частици. Тази версия получи неочаквана подкрепа в наблюденията от ерата на раждането на първите звезди.

Още по темата

07/12/2017

Космос

Най-старата черна дупка, намирана някога, е 800 млн пъти по-масивна от Слънцето

05/12/2017

Космос

Гравитационните вълни ще покажат дали съществуват първични черни дупки

26/02/2015

Космос

Открити са най-яркия квазар с най-масивната черна дупка

07/02/2015

Космос

Първите звезди във Вселената се оказаха по-млади със 100 милиона години