Veľký tresk mohol byť jasný a dramatický, ale bezprostredne potom vesmír stmavol a veľmi dlho. Vedci sa domnievajú, že prvé hviezdy sa objavili v bahnitom bujóne hmoty 200 miliónov rokov po horúcom štarte. Pretože moderné ďalekohľady nie sú dostatočne citlivé na priame sledovanie svetla týchto hviezd, astronómovia hľadajú nepriame dôkazy o ich existencii.
A tak sa tímu vedcov podarilo zachytiť slabý signál z týchto hviezd pomocou rádiovej antény veľkosti stola nazývanej EDGES. Veľkolepé merania, ktoré otvárajú nové okno do raného vesmíru, ukazujú, že tieto hviezdy sa objavili 180 miliónov rokov po Veľkom tresku. Práce publikované v Nature tiež naznačujú, že vedci môžu prehodnotiť, z čoho je vyrobená „temná hmota“- záhadný druh neviditeľnej látky.
Modely ukázali, že prvé hviezdy, ktoré osvetľovali vesmír, boli modré a krátkodobé. Ponorili vesmír do kúpeľa ultrafialového svetla. O úplne prvom pozorovateľnom signáli tohto kozmického úsvitu sa už dlho uvažovalo ako o „absorpčnom signáli“- poklese jasu pri konkrétnej vlnovej dĺžke - spôsobenom priechodom svetla a ovplyvňujúcim fyzikálne vlastnosti oblakov plynného vodíka, najhojnejšieho prvku vo vesmíre.
Vieme, že tento pokles by sa mal detegovať v časti rádiových vĺn elektromagnetického spektra pri vlnovej dĺžke 21 cm.
Komplexné meranie
Propagačné video:
Na začiatku bola teória, ktorá toto všetko predpovedala. Ale v praxi je nájdenie takéhoto signálu mimoriadne ťažké. Je to tak preto, lebo sa prelína s mnohými ďalšími signálmi v tejto oblasti spektra, ktoré sú oveľa silnejšie - napríklad so spoločnými frekvenciami rozhlasového vysielania a rádiovými vlnami z iných udalostí v našej galaxii. Vedcom sa to podarilo čiastočne preto, že experiment bol vybavený citlivým prijímačom a malou anténou, čo mu umožnilo relatívne ľahko pokryť veľkú plochu oblohy.
Vedci sa zamerali na Dopplerov posun, aby sa ubezpečili, že akýkoľvek pokles jasu, ktorý našli, bol dôsledkom slnečného svitu raného vesmíru. Tento efekt poznáte zo zníženia výšky tónu, keď okolo vás prejde auto s blinkrom a sirénou. Rovnako tak, ako sa galaxie vzďaľujú od nás v dôsledku rozpínania vesmíru, svetlo sa posúva k červeným vlnovým dĺžkam. Astronómovia tento jav nazývajú „červený posun“.
Červený posun hovorí vedcom, ako ďaleko je oblak plynu od Zeme a ako dávno z neho podľa kozmických štandardov bolo emitované svetlo. V takom prípade akýkoľvek posun jasu očakávaný pri vlnovej dĺžke 21 cm bude naznačovať pohyb plynu a vzdialenosť. Vedci merali pokles jasu, ku ktorému došlo v rôznych kozmických časových obdobiach, až do okamihu, keď bol vesmír starý iba 180 miliónov rokov, a porovnali ho so súčasným stavom. Bolo to svetlo úplne prvých hviezd.
Ahojte temna hmota
Príbeh sa tým nekončí. Vedcov prekvapilo zistenie, že amplitúda signálu bola dvakrát väčšia, ako sa predpokladalo. To naznačuje, že plynný vodík bol oveľa chladnejší, ako sa očakávalo z mikrovlnného pozadia.
Tieto výsledky boli zverejnené v inom článku v časopise Nature a hodili návnadu pre teoretických fyzikov. Je to tak preto, lebo z fyziky jasne vyplýva, že v tomto období existencie vesmíru sa plyn ľahko ohrieval, ale ťažko ochladzoval. Na vysvetlenie dodatočného chladenia spojeného so signálom musel plyn interagovať s niečím ešte chladnejším. A jediná vec chladnejšia ako kozmický plyn v ranom vesmíre bola tmavá hmota. Teoretici sa teraz musia rozhodnúť, či môžu na vysvetlenie tohto javu rozšíriť štandardný model kozmológie a fyziky častíc.
Vieme, že existuje päťkrát viac temnej hmoty ako bežnej hmoty, ale nevieme, z čoho je vyrobená. Bolo navrhnutých niekoľko variantov častíc, ktoré by mohli tvoriť tmavú hmotu, a obľúbenou medzi nimi je slabo interagujúca masívna častica (WIMP).
Nová štúdia však naznačuje, že častica tmavej hmoty by nemala byť oveľa ťažšia ako protón (ktorý vstupuje do atómového jadra spolu s neutrónom). To je hlboko pod hmotnosťou predpovedanou pre WIMP. Analýza tiež naznačuje, že temná hmota je chladnejšia, ako sa očakávalo, a otvára fascinujúcu príležitosť použiť „21cm kozmológiu“ako sondu pre temnú hmotu vo vesmíre. Ďalšie objavy s citlivejšími prijímačmi a menšou interferenciou pozemského rádia by mohli odhaliť viac podrobností o podstate temnej hmoty a možno dokonca naznačiť rýchlosť, akou sa pohybuje.
Iľja Khel