Velký třesk mohl být jasný a dramatický, ale bezprostředně poté vesmír zmizel a po velmi dlouhou dobu. Vědci se domnívají, že první hvězdy se objevily v blátivém vývaru hmoty 200 milionů let po horkém startu. Jelikož moderní dalekohledy nejsou dostatečně citlivé na přímé pozorování světla těchto hvězd, hledají astronomové nepřímé důkazy o jejich existenci.
A tak se týmu vědců podařilo zachytit slabý signál z těchto hvězd pomocí rádiové antény velikosti stolu nazývané EDGES. Spektakulární měření, která otevírají nové okno do raného vesmíru, ukazují, že tyto hvězdy se objevily 180 milionů let po Velkém třesku. Práce publikovaná v Nature také naznačuje, že vědci mohou přehodnotit, z čeho je „temná hmota“- záhadný typ neviditelné hmoty - vyrobena.
Modely ukázaly, že první hvězdy osvětlující vesmír byly modré a krátkodobé. Ponořili vesmír do lázně ultrafialového světla. Úplně první pozorovatelný signál tohoto kosmického úsvitu byl dlouho považován za „absorpční signál“- pokles jasu při určité vlnové délce - způsobený průchodem světla a ovlivňujícím fyzikální vlastnosti mraků plynného vodíku, nejhojnějšího prvku ve vesmíru.
Víme, že tento pokles by měl být detekován ve vysokofrekvenční části elektromagnetického spektra při vlnové délce 21 cm.
Komplexní měření
Propagační video:
Na začátku byla teorie, která to všechno předpovídala. V praxi je však nalezení takového signálu extrémně obtížné. Je to proto, že se proplétá s mnoha dalšími signály v této oblasti spektra, které jsou mnohem silnější - například se společnými frekvencemi rozhlasového vysílání a rádiovými vlnami z jiných událostí v naší galaxii. Vědci uspěli částečně proto, že experiment byl vybaven citlivým přijímačem a malou anténou, což umožnilo relativně snadno pokrýt velkou plochu oblohy.
Aby se ujistili, že jakýkoli pokles jasu, který našli, byl způsoben hvězdným světlem raného vesmíru, vědci se podívali na Dopplerův posun. S tímto efektem jste seznámeni snížením výšky tónu, když projíždí auto s blikajícím světlem a sirénou. Stejně tak se galaxie pohybují od nás v důsledku rozpínání vesmíru a světlo se posouvá směrem k červeným vlnovým délkám. Astronomové nazývají tento efekt „rudý posuv“.
Červený posuv vědcům říká, jak daleko je oblak plynu od Země a jak dlouho z něj podle kosmických standardů vyzařovalo světlo. V tomto případě jakýkoli posun jasu očekávaný při vlnové délce 21 cm bude indikovat pohyb plynu a vzdálenost. Vědci měřili pokles jasu, ke kterému došlo v různých kosmických časových obdobích, až do okamžiku, kdy byl vesmír starý jen 180 milionů let, a porovnali jej se současným stavem. Bylo to světlo prvních hvězd.
Ahoj temná hmota
Tím příběh nekončí. Vědci byli překvapeni, když zjistili, že amplituda signálu byla dvakrát větší, než předpovídali. To naznačuje, že plynný vodík byl mnohem chladnější, než se očekávalo z mikrovlnného pozadí.
Tyto výsledky byly publikovány v jiném článku v Nature a hodily návnadu pro teoretické fyziky. Je to proto, že z fyziky je zřejmé, že v této době existence vesmíru se plyn snadno ohříval, ale těžko se ochladil. Abychom vysvětlili další chlazení spojené se signálem, musel plyn interagovat s něčím ještě chladnějším. A jediná věc chladnější než kosmický plyn v raném vesmíru byla temná hmota. Teoretici se nyní musí rozhodnout, zda mohou rozšířit standardní model kosmologie a částicové fyziky, aby tento jev vysvětlili.
Víme, že existuje pětkrát více temné hmoty než běžné hmoty, ale nevíme, z čeho je vyrobena. Bylo navrženo několik variant částic, které by mohly tvořit temnou hmotu, a oblíbená mezi nimi je slabě interagující masivní částice (WIMP).
Nová studie však naznačuje, že částice temné hmoty by neměla být mnohem těžší než proton (který vstupuje do atomového jádra spolu s neutronem). To je hluboko pod masami předpovídanými pro WIMP. Analýza rovněž naznačuje, že temná hmota je chladnější, než se očekávalo, a otevírá fascinující příležitost použít „21cm kosmologii“jako sondu pro temnou hmotu ve vesmíru. Další objevy s citlivějšími přijímači a menším rušením pozemského rádia by mohly odhalit více podrobností o povaze temné hmoty a možná dokonce naznačit rychlost, jakou se pohybuje.
Ilya Khel