"Космический рассвет" нашей Вселенной закончился гораздо позже, чем предполагалось ранее

Десятки миллионов лет наша новорожденная Вселенная была окутана водородом. Постепенно этот туман был разорван светом самых первых звезд, что определило форму зарождающегося космоса.

Наличие временных рамок этого колоссального сдвига могло бы существенно помочь нам понять эволюцию Вселенной, однако до сих пор наши лучшие попытки были нечеткими оценками, основанными на низкокачественных данных.

Международная группа астрономов под руководством Института астрономии Макса Планка в Германии использовала свет от десятков удаленных объектов, называемых квазарами, чтобы устранить неопределенности и определить, что последние крупные клочья водородного "тумана" сгорели гораздо позже, чем мы думали, - более чем через миллиард лет после Большого взрыва.

Первые 380 000 лет были статичным шипением субатомных частиц, выходящих из остывающего вакуума расширяющегося пространства-времени.

Когда температура понизилась, образовались атомы водорода - простые структуры, состоящие из одиночных протонов, объединенных с одиночными электронами.

Вскоре вся Вселенная была заполнена незаряженными атомами, море которых покачивалось взад и вперед в бесконечной темноте.

Там, где толпы нейтральных атомов водорода собирались под непредсказуемым напором квантовых законов, гравитация брала верх, втягивая все больше и больше газа в шары, где мог вспыхнуть ядерный синтез.

Этот первый восход солнца - начало космического рассвета - искупал окружающий водородный туман в радиации, отталкивая электроны от протонов и превращая атомы обратно в ионы, которыми они когда-то были.

Как долго длился этот рассвет - от первого света первых звезд до реионизации последних оставшихся очагов первобытного водорода - так и не было ясно.

В исследованиях, проведенных более 50 лет назад, использовался способ поглощения света от активного галактического ядра (называемого квазаром) промежуточным газом, плавающим в близлежащей межгалактической среде. Если найти серию квазаров, простирающихся вдаль, то можно увидеть временную шкалу ионизации нейтрального водородного газа.

Знать теорию - это одно. На практике трудно определить точную временную шкалу по нескольким квазарам. Их свет не только искажен расширением Вселенной, но и проходит через карманы нейтрального водорода, образовавшиеся задолго до космического рассвета.

Чтобы лучше прочувствовать это движение ионизированного водорода по небу, исследователи увеличили свою выборку, утроив прежнее количество высококачественных спектральных данных и проанализировав свет в общей сложности 67 квазаров.

Цель состояла в том, чтобы лучше понять влияние этих более свежих скоплений атомов водорода, что позволит исследователям лучше идентифицировать более отдаленные всплески ионизации.

Согласно их собственным данным, последние остатки первоначального водорода попали под лучи звезд первого поколения примерно через 1,1 миллиарда лет после Большого взрыва.  

"До нескольких лет назад преобладало мнение, что реионизация завершилась почти на 200 миллионов лет раньше", - говорит астроном Фредерик Дэвис из Института астрономии Макса Планка в Германии.

"Теперь у нас есть самые убедительные доказательства того, что этот процесс завершился гораздо позже, в космическую эпоху, более доступную для наблюдения с помощью современных средств наблюдения".

Будущие технологии, способные непосредственно обнаруживать спектральные линии, испускаемые при реионизации водорода, должны будут прояснить не только то, когда закончилась эта эпоха, но и предоставить важнейшие детали того, как она разворачивалась.

"Этот новый набор данных является важнейшим эталоном, по которому еще долгие годы будут проверяться численные симуляции первых миллиардов лет существования Вселенной", - говорит Дэвис.

Это исследование было опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.