Выявление сигнала нейтрального водорода помогает разгадать тайны темной энергии 

Фото из открытых источников

В течение многих десятков миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была тёмной. Точнее, для наших глаз это выглядело бы тёмным. Это потому, что звёзд ещё не было, так как водород ещё не сконденсировался, чтобы образовать их. Но те водородные облака, которые тогда кружились вокруг, всё ещё излучали некоторый свет, и наблюдение за ними — священный Грааль астрономии. Теперь мы приближаемся к цели.

Свет от этого нейтрального водорода известен как 21-сантиметровая линия. Как следует из названия, он излучается водородом с длиной волны 21 сантиметр. Из-за расширения Вселенной этот свет растягивается на всё более длинные волны и в конечном итоге переходит в область радиоволн.

Именно здесь, среди сигналов ближнего и дальнего поля зрения, астрономы ищут эти волны от далёких водородных облаков. Цель состоит в том, чтобы исследовать космические тёмные века с помощью этого света, но это настолько слабый сигнал, что нам пока не удалось его зафиксировать.

В новых исследованиях сообщается о сигнале, обнаруженном на расстоянии почти 8 миллиардов световых лет. Исследователи использовали радиообсерваторию CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), чтобы попытаться зафиксировать это слабое излучение. Статья с описанием полученных результатов опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

«Водород — самый распространенный элемент во Вселенной и сырье, из которого образуются звезды», — заявил соавтор исследования Арнаб Чакраборти из Университета Торонто. «Его слабое радиоизлучение действует как космический индикатор, показывая, как материя распределена в пространстве». 

Материя во Вселенной распределена в космической сети. Астрономы предполагают, что 80 процентов этой материи — это гипотетическое вещество, известное как темная материя, которое не взаимодействует со светом. Остальное — это вещество, из которого состоит всё остальное, от вомбатов до галактик.

Составление карты распределения нейтрального водорода дает нам возможность исследовать все остальное вещество, которое мы не можем увидеть.

«Наши данные показывают, что в тот период примерно два процента водорода во Вселенной находилось в нейтральной атомной форме, что в целом согласуется с другими измерениями», — добавил соавтор исследования Шаббир Шейх из Университета штата Аризона. «Измеряя распределение и скопления водорода, CHIME предоставляет нам новый способ проверить наше понимание того, как формируются и эволюционируют галактики».

Команда использовала лишь небольшую часть данных, собранных CHIME за семь лет. Их цель — продвинуть анализ дальше в прошлое Вселенной, что означает — из-за конечности скорости света — назад во времени.

Они хотят определить возраст этого нейтрального водорода примерно в 10 миллиардов лет.

«Мы очень усердно работали, чтобы убедиться, что это не ложная тревога», — сказал Чакраборти. «После всех тестов сигнал оставался. Это вселило в нас уверенность, что мы наблюдаем настоящий водород из далекой Вселенной». 

Данная работа имеет более широкий потенциал. Сигнал нейтрального водорода также может быть использован для исследования темной энергии — гипотетической особенности, ответственной за ускоренное расширение Вселенной.

Два ведущих метода измерения скорости расширения по-прежнему необъяснимо расходятся в определении истинного значения. Это был бы независимый способ проверки обоих методов и, возможно, раз и навсегда решить проблему так называемого напряжения Хаббла.