В течение миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была холодным местом, наполненным водородом и гелием, созданным на заре Вселенной.

И вдруг внезапно появился свет.

Впервые группа астрономов считает, что они обнаружили сигнал от некоторых первых звезд, которые образовались менее чем через 180 миллионов лет после Большого взрыва.

Два новых исследования, опубликованные в журнале Nature на этой неделе, показывают новые данные о том, когда эти звезды сформировались после Большого взрыва.

Новая работа также открывает вопросы о тех ранних временах после появления Вселенной и может даже выявить трещины в нашем понимании физики.

Исследователи, стоящие за новой работой, не увидели буквально, что первые звезды вспыхнули, но они обнаружили слабый сигнал, показывающий водородный газ, взаимодействующий с этими первыми звездами, что позволяет эффективно видеть газ на разных радиочастотах.

Временная шкала Вселенной

«Нахождение этого миниатюрного сигнала открыло новое окно в ранней Вселенной», – сказал астроном Джадд Боумен из Университета Аризоны и ведущий автор одного из новых исследований в заявлении.

«Телескопы не видят достаточно далеко, чтобы напрямую имитировать такие древние звезды, но мы видели, когда они включались в радиоволны, поступающие из космоса», – сказал он.

Как они это сделали

Боумен и его команда сделали эти измерения благодаря небольшой радиоантенне в Австралии под названием EDGES, которая смогла обнаружить слабые сигналы от первых звезд из-за своего удаленного местоположения, вдали от радиосигналов, созданных людьми.

То, что Боумен и его коллеги увидели в данных, как оказалось, подтверждает, что эти первые звезды образовались всего через 180 миллионов лет после Большого взрыва.

Похоже, что появление радиоволн соответствует тому, как ожидается, что сигнал будет выглядеть, согласно теоретическим моделям, говорится в исследовании.

«Подпись этой функции абсорбции однозначно связана с первыми звездами», – говорит директор обсерватории Haystack Колин Лонсдейл, который не является автором исследования, но работает над инструментами, которые позволили обнаружить это, говорится в заявлении.

«Эти звезды являются наиболее правдоподобным источником излучения, которые могли бы вызвать этот сигнал».

Первоначально исследовательская группа искала сигнал на другой радиоволне, и когда он не был найден, они переместились на другую длину волны, где они обнаружили этот контрольный сигнал, созданный водородом.

Нарушение физики, какой мы ее знаем

Новое исследование может также иметь некоторое отношение к тому, как мы понимаем темную материю – таинственную форму материи, которая не наблюдается непосредственно, но, по-видимому, доминирует над 85 процентами материи в нашей Вселенной.

Теоретически, темная материя не должна взаимодействовать с обычным веществом, но новое исследование показывает, что водород, который доминировал в ранней Вселенной, был на самом деле намного холоднее, чем ожидалось, возможно, подразумевая, что темная материя могла бы взаимодействовать с этим ранним газом.

Короче говоря, новые выводы о темной материи, подробно описанные астрономом Тель-Авивского университета Реннаном Барканой в отдельном исследовании, могут нарушить физику, как мы ее понимаем, если она будет подтверждена.

«До сих пор мы обнаружили темную материю только благодаря ее гравитационному эффекту на видимую материю (звезды и газ). Существование какого-либо другого сочетания означало бы новую физику и помогло бы расшифровать загадочную природу темной материи», – сказал астрофизик Harvard-Smithsonian Center Ави Лоб.

«Возможно, например, что какая-то часть темной материи имеет небольшой электрический заряд, такой маленький, что мы никогда не обнаружим его в других средах, кроме космического рассвета», – добавил Леб.

Что дальше?

Тем не менее, эта работа еще далека от завершения.

У ученых будет длинное будущее, заполненное экспериментами по астрофизике, которые, мы надеемся, помогут выяснить, что именно происходит с этими данными.

«Чрезвычайные требования требуют экстраординарных доказательств, – сказал Леб.

«Ключом к будущим исследованиям этой захватывающей границы космического рассвета было бы испытание результата Боумана и др. другими независимыми экспериментами».

Эти новые эксперименты должны появляться в Интернете в ближайшие годы.

В то время как новые исследования эффективно детализируют результаты поиска этого водородного сигнала в одном измерении, другие наблюдатели, такие как Square Kilometre Array, смогут смотреть на этот сигнал в 3D, по словам Леба, надеясь осветить то, что происходило в начале эпохи Вселенной.

«Мы должны руководствоваться дополнительными экспериментами. В будущих наблюдениях мы будем не только проверять реальность сигнала Боумана и др., но также иметь возможность отображать водород в трех измерениях …», – сказал Леб.

«Детали будущих данных покажут, есть ли избыточное охлаждение, и если да, то это происходит от связи между темной материей и водородом».