Астрономы обнаружили признаки существования возможно самых первых звезд во Вселенной

Астрономы обнаружили возможные доказательства того, что первые звезды существовали во Вселенной уже через 180 миллионов лет после Большого Взрыва и участвовали в нагреве нейтрального газа. Результаты исследований также показывают, что температура газа в ранней Вселенной в два раза меньше, чем считалось ранее, что может быть объяснено его взаимодействием с темной материей. Статьи опубликованы ( 1, 2 ) в журнале Nature. Спустя 300 000 лет после Большого взрыва расширяющаяся Вселенная остыла настолько, что горячая первичная плазма смогла рекомбинировать, в результате чего стали образовываться нейтральные атомы водорода и гелия, а Вселенная стала прозрачной для излучения. Однако яркие источники в ней отсутствовали — первые звезды и галактики только начинали формироваться из сгустков материи под воздействием сил гравитации, поэтому эта эпоха развития Вселенной получила название Темных веков. В дальнейшем, по мере образования первых звезд и квазаров, потоки ультрафиолетового излучения от них ионизировали нейтральный газ — началась эпоха реионизации (подробнее про этот период жизни Вселенной читайте в нашем материале) или вторичной ионизации водорода, продолжавшаяся около 450 миллионов лет, после которой началась Эра вещества, длящаяся до сих пор, в которую Вселенная приобрела вид, который мы наблюдаем сейчас. Результаты работы также показывают, что газ в ранней Вселенной был намного холоднее, чем ожидалось, с кинетической температурой менее 3,2 Кельвинов, тогда как минимально возможное значение в стандартном сценарии составляет 7 Кельвинов. Есть несколько различных объяснений такому несоответствию, одно из них, предложенное Реннаном Барканой (Rennan Barkana) и описанное во второй статье, заключается в слабых негравитационных взаимодействиях газа (барионной материи) с более холодной темной материей, которая могла остыть гораздо быстрее. Интенсивность такого взаимодействия может меняться в зависимости от температуры или, более конкретно, от скорости рассеянного бариона относительно частицы темного вещества. Если рассеяние барион-темной материи сильнее всего при малых относительных скоростях, то его эффект может проявляться только в период «космического рассвета», когда зажигались первые звезды. Проведенные расчеты и их анализ показывают, что частицы темного вещества должны быть легче 4,3 ГэВ (несколько масс протона), что значительно ниже оценки массы для слабовзаимодействующих массивных частиц (около 100 ГэВ), сильно нерелятивистские и, по крайней мере, умеренно холодные, имеющие скорости, предсказанные моделями теплого темного вещества. Эти результаты показывают, что наблюдения на длине волны 21 сантиметр могут использоваться для изучения темной материи. Ранее мы рассказывали о том, что вода в ранней Вселенной могла появиться в значительных количествах уже в течение первого миллиарда лет, как астрономы обнаружили следы пика образования массивных галактик в ранней Вселенной и почему компактные галактики играли ключевую роль в эпоху реионизации. Александр Войтюк