Новые изображения ранней Вселенной, полученные с помощью Атакамского космологического телескопа ACT, стали самыми точными на сегодняшний день «детскими фото» новорожденного космоса.
Карта реликтового излучения Вселенной, то есть ее самого первого дошедшего до нас фона, показывает, как она выглядела в возрасте 380 000 лет — и подтверждает стандартную космологическую модель ΛCDM.
Мощнейший телескоп измерял не только интенсивность микроволн, но и их поляризацию, что позволило буквально наблюдать сгущение древнего газа в облака, которые потом превратились в первые звезды — а затем и галактики.
«Мы наблюдаем первые шаги к созданию самых ранних звезд и галактик. Мы видим не только свет и тьму, но и поляризацию света с высоким разрешением. Это ключевой фактор, отличающий ACT от [космической обсерватории] «Планк» и других более ранних телескопов», — заявила директор ACT и исследователь Принстонского университета Сюзанна Стаггс.
Первый свет Вселенной
Сразу после Большого взрыва Вселенная оставалась буквально темным местом. Космос был настолько горячим и плотным, что не пропускал никакого излучения. Спустя примерно 380 000 лет пространство достаточно расширилось и остыло (приблизительно до 2700 °C), образовались первые нейтральные атомы водорода и гелия — и оно стало прозрачным для фотонов.
Эти первые микроволны мы и наблюдаем сегодня в форме реликтового излучения — в том числе при помощи расположенного высоко в чилийских Андах ACT. До него лучшим инструментом для изучения этого фона был «Планк».
«ACT имеет в пять раз большее разрешение, чем «Планк», и лучшую чувствительность. Это означает, что слабый сигнал поляризации теперь виден напрямую. Есть другие современные телескопы, измеряющие поляризацию с низким уровнем шума, но ни один из них не охватывает столько неба, сколько ACT», — пояснил космолог Сигурд Наэсс из Университета Осло.
Поляризация важна, потому что показывает движение водорода и гелия в ту пору, когда других элементов почти не было.
«Раньше мы могли видеть, где находятся объекты, а теперь видим также, как они движутся. Движение, отслеживаемое по поляризации света, как определение положения Луны по приливам, говорит нам, насколько сильным было гравитационное притяжение в разных частях пространства», — сравнила Стаггс.
Путешествие в прошлое
Это космическое путешествие в прошлое помогло выяснить, что наблюдаемая Вселенная простирается почти на 50 миллиардов световых лет во всех направлениях вокруг нас. Масса Вселенной рассчитана как эквивалентная примерно 2 триллионам триллионов (2 с 36 нулями) солнечных, или 1900 зетта-солнц (условная единица измерения, обозначающая массу гипотетической звезды в 1021 раз тяжелее Солнца).
Из этой общей массы только 100 зетта-солнц состоят из обычной материи, которую мы видим вокруг себя каждый день, причем три четверти из нее — водород, а четверть — гелий. Еще 500 зетта-солнц приходится на темную материю, а 1300 зетта-солнц — на темную энергию, загадочную силу, вызывающую ускорение расширения космоса.
Крошечные незаряженные и почти невесомые нейтрино составляют около четырех зетта-солнц массы. Их называют призрачными частицами, потому что они триллионами проходят сквозь нас ежесекундно — а мы этого даже не замечаем.
Эти значения хорошо согласуются как с теоретическими моделями космоса, так и с наблюдениями галактик.
Новые данные ACT также позволили уточнить возраст Вселенной. Общепринятая оценка в 13,8 миллиардов лет подтверждена с неопределенностью всего 0,1%.
ACT завершил свои наблюдения в 2022 году и был выведен из эксплуатации. Ему на смену пришла расположенная там же более мощная обсерватория Саймонса.
Гравитационные волны расскажут, почему Вселенная резко остыла сразу после рождения
Тайны Вселенной: откуда все взялось, как началось и чем закончится