Исследователям удалось получить самый четкий на сегодняшний день снимок первого света, пронесшегося через Вселенную. После пяти лет пристального наблюдения за небом Атакамский космологический телескоп (ACT) составил наиболее подробную карту реликтового излучения — слабого света, который пронизывает Вселенную 380 тыс. лет после Большого взрыва.
Теперь у исследователей есть более ясное понимание того, как зародилась Вселенная, что позволяет им с большей, чем когда-либо, точностью назвать ее массу и оценить ее размеры. Однако величайшая загадка космологии, постоянная Хаббла, остается неразгаданной. Результаты подробно изложены в трех предварительных работах, загруженных в arXiv и на сайт ACT Принстонского университета.
«Это первые шаги к пониманию механизмов возникновения самых ранних звезд и галактик, — говорит физик Сюзанна Стэггс из Принстонского университета в США. — Мы не просто видим свет и тьму, мы видим поляризацию света в высоком разрешении. Это определяющий фактор, отличающий ACT от Planck и других, более ранних телескопов».
По ее словам, исследователи не могут проследить всю историю космоса до Большого взрыва. Ранняя Вселенная была заполнена густым, мутным, непрозрачным туманом ионизированной плазмы. Эта среда была непроницаема для света.
Лишь спустя примерно 380 тыс. лет после Большого взрыва эти частицы начали объединяться в нейтральный газ, в основном водород, в так называемую эпоху рекомбинации. После того, как свободные частицы связались в атомы, свет смог вырваться наружу, распространяясь по всей Вселенной. Этот первый свет — космический микроволновый фон (CMB).
Примерно через 13,4 млрд лет реликтовое излучение стало весьма слабым и малоэнергетичным, поэтому для его обнаружения требуются продолжительные наблюдения и анализ, чтобы выделить его среди всех других источников света во Вселенной.
Атакамский космологический телескоп в течение пяти лет изучал небо, чтобы составить более подробную карту реликтового излучения. (Марк Девлин)
На составление карты CMB ушло многих десятилетий. Первая карта всего неба была опубликована в 2010 году. Она была составлена на основе данных, собранных космическим телескопом Planck. С тех пор ученые работали над повышением ее разрешения, чтобы мы могли узнать больше о том, как зародилась Вселенная.
«Раньше мы могли видеть, где расположены объекты, а теперь мы также видим, как они движутся, — говорит Стэггс. — Подобно тому, как приливы используются для определения присутствия Луны, движение, отслеживаемое поляризацией света, говорит нам, насколько сильным было притяжение гравитации в разных частях пространства».
Реликтовое излучение — это инструмент изучения эволюции Вселенной. «Наблюдаемая Вселенная простирается почти на 50 млрд световых лет во всех направлениях от нас, и содержит массу, равную 1,9 тыс. зетта-солнц, или почти 2 трлн триллионов Солнц», — заявил космолог Эрминия Калабрезе из Кардиффского университета в Великобритании.
Большая часть этой массы невидима. Обычная барионная материя составляет всего 100 зетта-солнц массы Вселенной. Это все, что возможно обнаружить — звезды, галактики, планеты, людей, черные дыры, газ, пыль и прочее.
Из этой обычной материи 75 зетта-солнц — водород, а 25 зетта-солнц — гелий. Остальные элементы во Вселенной вместе имеют настолько малую массу, что они даже не оставляют следа на круговой диаграмме.
Еще 500 зетта-солнц составляют невидимую темную материю, природа которой неизвестна. Оставшиеся 1,3 тыс. зетта-солнц составляют темную энергию, название, которое исследователи дают невидимой силе, толкающей пространство расширяться быстрее, чем мы можем видеть.
Исследователи заявили, что измерения далекой Вселенной, основанные на таких данных, как CMB, показывают более медленную скорость расширения, чем измерения локальной Вселенной, основанные на таких данных, как сверхновые. Первые составляют около 67 или 68 км в секунду на мегапарсек, вторые — около 73 или 74 км в секунду на мегапарсек.
Состав Вселенной на основе новых данных по РКМФ.
Новая карта CMB дала постоянную Хаббла 69,9 км в секунду на мегапарсек. Это одно из самых точных измерений на сегодняшний день, и оно хорошо согласуется с другими значениями постоянной Хаббла, основанными на CMB.
«Мы можем заглянуть в прошлое космической истории, — говорит астрофизик Джо Данкли из Принстонского университета. — От нашего Млечного Пути, мимо далеких галактик, вмещающих огромные черные дыры, и гигантские скопления галактик, вплоть до того времени, когда возникла Вселенная».
Понимание этого процесса невозможно без изучения крупнейших структур во Вселенной, поскольку огромные объекты могут значительно искажать восприятие космоса. В астрономии чрезвычайно большие числа являются обычным делом, однако эта структура оказалась самой крупномасштабной — группа скоплений галактик, охватывающая примерно 1,3 млрд световых лет в поперечнике и содержащая ошеломляющие 200 квадриллионов солнечных масс.
Новое исследование утверждает, что изучение Кипу и аналогичных ему объектов может способствовать пониманию эволюции галактик, совершенствованию космологических моделей и повышению точности космологических измерений.
