4 Minuten
Pirmoji Visatos šviesa: naujas etapas kosmologijoje
Dešimtmečius viena įdomiausių paslapčių kosmologijoje išliko klausimas apie tai, kas vyko tuoj po Didžiojo sprogimo – laikotarpiu, kai Visata virto iš tamsios ir beformės erdvės į žvaigždžių kupiną lopšį. Šis paslaptingas etapas, vadinamas kosmine aušra, pažymėjo pirmųjų žvaigždžių ir juodųjų skylių gimimą. Tačiau dėl labai silpnos to laikotarpio šviesos ir tiesioginių stebėjimų stokos jo detali istorija ilgai buvo nepasiekiama mokslininkams.
Visgi naujas proveržis žada nušviesti šį formavimosi etapą dar neregėtu tikslumu. Tarptautinė astronomų komanda žurnale Nature Astronomy paskelbė apie tai, kad jau netrukus galėsime iššifruoti pirminį radijo signalą, sklindantį iš laikotarpio, praėjus maždaug 100 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Ši kritinė emisija, vadinama „21 centimetrine linija“, suteikia unikalių žinių apie sąlygas, kai pradėjo šviesti ankstyviausios Visatos žvaigždės – taip vadinamos III populiacijos žvaigždės.
Moksliniai pagrindai: kas yra 21 centimetrų signalas?
Šio atradimo esmė – 21 centimetrų signalas, kuris yra specifinės ilgio radijo bangos, sklindančios iš neutralių vandenilio atomų. Visatai atvėsus po Didžiojo sprogimo, joje buvo gausu būtent tokių atomų, kurių kiekvienas susideda iš vieno protono ir vieno elektrono.
Kai užsiplieskė pirmosios žvaigždės, jų intensyvi energija drastiškai paveikė aplinką. Jos skleidė didelės energijos fotonus, galinčius reionizuoti aplinkinį vandenilį ir išlaisvinti fotonus, pasižyminčius būdinga 21 centimetro bangos ilgio spinduliuote. Ši spinduliuotė veikia kaip kosminis žymeklis, leidžiantis mokslininkams atsekti, kada ir kaip atsirado pirmosios žvaigždės bei galaktikos. Išsamiai analizuodami šį signalą, tyrėjai gali atskleisti svarbias fizines pirmųjų kosminių objektų savybes, tokias kaip jų masė ir šviesis.
Inovatyvūs instrumentai ir technologinės ribos
Siekdami aptikti šiuos silpnus iš seniausios Visatos sklindančius signalus, astronomai naudoja naujos kartos radijo teleskopus. Pirmose gretose žengia du projektai:
- Radijo eksperimentas kosminio vandenilio analizei (REACH) – teleskopas, kurio galutinė kalibracija šiuo metu vyksta ir kuris siekia tiksliai aptikti labai silpnus vandenilio signalus iš ankstyvos Visatos.
- Kvadratinio kilometro masyvas (SKA) – milžiniškas tarptautinis radijo teleskopas, statomas Australijoje, skirtas itin detaliai žemėlapiuoti kosminę aušrą.
Šių projektų mokslininkai sukūrė pažangius modelius, leidžiančius iš 21 centimetrų signalo išskirti informaciją apie pirmųjų žvaigždžių mases. Svarbu tai, kad ši analizė suteikia naujų žinių apie III populiacijos žvaigždes – hipotetinę žvaigždžių grupę, sudarytą beveik tik iš Didžiojo sprogimo metu susidariusio vandenilio ir helio.
Pagrindiniai atradimai: rentgeno dvynių vaidmuo ankstyvojoje Visatoje
Nauji modeliai atskleidė netikėtą rentgeno dvynių žvaigždžių svarbą ankstyvojoje Visatoje. Tai itin aktyvios sistemos, kuriose kompaktiškas objektas – juodoji skylė ar neutroninė žvaigždė – traukia materiją iš palydovinės žvaigždės, taip sukeldamas intensyvią rentgeno spinduliuotę.
„Mūsų tyrimas – pirmasis, nuosekliai modeliuojantis, kaip 21 centimetrų signalas priklauso nuo pirmųjų žvaigždžių masių, įtraukiant ir ultravioletinę šviesą, ir rentgeno spindulius, kuriuos kuria mirštantys rentgeno dvynių žvaigždžių poros“, aiškina Kembridžo universiteto astrofizikė, bendraautorė dr. Anastasia Fialkov. Kosmologiniai modeliavimai rodo, kad rentgeno dvyniai galėjo būti daug ryškesni ir dažnesni ankstyvoje Visatoje, nei anksčiau manyta, stipriai paveikę šiandien aptinkamą globalaus 21 centimetrų signalo pobūdį.
Šis atradimas keičia mūsų įsivaizdavimą apie tai, kaip pirmosios žvaigždės paveikė aplinkinę erdvę, paversdamos ramią ir tamsią Visatą energijos ir pokyčių kupinu kosminiu pasauliu.
Radijo astronomijos virsmas ir ateities perspektyvos
Dėka šių pažangų, radijo astronomija itin sparčiai tobulėja ir atveria galimybę tyrinėti „žemos paviršiaus ryškio“ Visatos regionus, kurie optiniams teleskopams lieka nematomi. Artėjantys REACH ir Kvadratinio kilometro masyvo stebėjimai leis giliau pažinti kosminę aušrą ir patikrinti pagrindines pirmosios šviesos atsiradimo teorijas, kurios nulėmė galaktikų, planetų bei gyvybės atsiradimą.
Kaip pažymi pagrindinis REACH projekto tyrėjas, Kembridžo astronomas Eloy de Lera Acedo, „Mūsų sukurti prognoziniai modeliai turi didelę reikšmę suprasti pirmųjų žvaigždžių prigimtį. Modernūs radijo teleskopai dabar leidžia nustatyti jų masę ir rodo, kad šios pirmykštės žvaigždės galėjo būti visiškai kitokios nei stebimos šiuolaikinėje Visatoje.“
Išvada
Kol astronomai ruošiasi atskleisti 21 centimetro linijoje slypinčias paslaptis, žmonija stovi ant ribos, leisiančios atsakyti į vienus seniausių klausimų: kaip tamsa virto šviesa ir kokios iš tiesų buvo pirmosios Visatos žvaigždės? Derinant modernius radijo teleskopus, pažangius duomenų analizės metodus ir tarptautinį bendradarbiavimą, artimiausiais metais galime tikėtis pagaliau suprasti kosminės aušros paslaptis – laikotarpio, suformavusio viską, ką šiandien matome Visatoje.
Kommentare