Тень космического водяного облака показала температуру ранней Вселенной

Иногда астрономы и астрофизики работают в таких гигантских, поражающих воображение масштабах - как в плане расстояния, так и времени, - что невозможно не поразиться новым открытиям, которые они продолжают делать.

В качестве примера можно привести проверку температуры Вселенной в ее самой молодой фазе, всего через 880 миллионов лет после Большого взрыва, которая стала возможной благодаря наблюдению тени, отбрасываемой облаком холодного водяного газа на расстоянии около 13,8 миллиарда световых лет от Земли.

Это наш самый ранний на сегодняшний день взгляд на температуру Вселенной, которая, по мнению ученых, со временем охлаждается по мере ее расширения и распространения, и это еще одна очень полезная точка данных в поисках самой загадочной из сил, стоящих за расширением: темной энергии.

"Эта важная веха не только подтверждает ожидаемую тенденцию охлаждения в гораздо более раннюю эпоху, чем это было возможно измерить ранее, но и может иметь прямое отношение к природе неуловимой темной энергии", - говорит астроном Аксель Вайс из Института радиоастрономии имени Макса Планка (MPIfR) в Германии.

Ключ к тому, как это было сделано, лежит в контрасте температур. Используя телескоп NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) во Франции, астрономы сфокусировались на галактике HFLS3, известной как вспыхивающая галактика из-за необычно большого количества новых звезд, которые она производит.

Свет от HFLS3 доходит до нас так долго, что мы видим ее такой, какой она была менее чем через миллиард лет после возникновения Вселенной. Мы также видим большое облако водяного пара между нами и галактикой, облако, которое холоднее, чем космическое микроволновое фоновое излучение (CMB), указывающее на температуру Вселенной.

Разница температур между более холодным газом и CMB создает так называемые линии поглощения, и, изучая эти линии, можно определить температуру CMB. Это довольно сложная часть астрофизики, которая стала возможной благодаря инфракрасному свету, излучаемому новорожденными звездами в HFLS3.

По расчетам исследователей, температура МДБ в период времени, представленный HFLS3, составляет от 16,4 до 30,2 Кельвина (от -256,8 до -243 °C), что согласуется с предсказаниями предыдущих космологических моделей в 20 Кельвинов. Это важное подтверждение нашего моделирования.

"Помимо доказательства охлаждения, это открытие также показывает нам, что Вселенная в период своего становления имела некоторые довольно специфические физические характеристики, которые сегодня уже не существуют", - говорит астрофизик Доминик Рихерс из Кельнского университета в Германии.

"Довольно рано, примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, космический микроволновый фон был уже слишком холодным, чтобы этот эффект можно было наблюдать. Таким образом, у нас есть уникальное окно для наблюдений, открывающееся только для очень молодой Вселенной".

Полученные результаты показывают, что предыдущие оценки скорости снижения температуры в соответствии с расширением находятся в правильной области. Попытка снять такие показания сейчас не удастся - CMB слишком холоден, чтобы создать такой же температурный контраст.

Что касается темной энергии, то считается, что она является движущей силой расширения Вселенной, но возможность прямого наблюдения за ней остается за пределами возможностей наших современных приборов. Однако мы можем узнать о ней больше, наблюдая за ее эффектами - включая скорость расширения Вселенной и падение температуры МДБ.

Как обычно, одно исследование порождает множество других. Сейчас группа исследователей ищет другие облака холодной воды, к которым можно применить ту же методику, с целью получить новые данные в течение первых 1,5 миллиардов лет после Большого взрыва.

"Наша команда уже продолжает работу с NOEMA, изучая окрестности других галактик", - говорит астроном Роберто Нери из Института радиоастрономии миллиметровки (IRAM) во Франции.

"С учетом ожидаемого повышения точности при изучении более крупных образцов водяных облаков, остается выяснить, сохранится ли наше нынешнее, базовое понимание расширения Вселенной".

Исследование было опубликовано в журнале Nature.