Итак, после Планковской эпохи 380 тысяч лет длилась Горячая стадия. Процесс довольно длительный для нас, но для Вселенной возрастом в 13,8 миллиарда лет - мгновения. Как я уже говорил, Вселенная кипела и расширялась. В Кварк-глюонной плазме, которые некоторые ученые в шутку называют бульоном, рождались первые нейтроны и протоны, которые в свою очередь соединялись в первые ядра водорода и гелия.
Примерно 379 тысяч лет после БВ, когда температура Вселенной упала примерно до 3000 К, движение частиц замедлилось, и ядра водорода и гелия начали захватывать электроны, нейтрализуя свой электрический заряд. В результате образовались нейтральные атомы, а материя из состояния плазмы перешла в газообразное состояние.
Одной из причин такого перехода было изменение физического свойства самой плазмы перешедшей в стадию прозрачного газа. Плазма непрозрачна для электромагнитного излучения из-за рассеяния на свободных электронах. После перехода, наоборот, газ стал прозрачным. По мере того как всё больше протонов и электронов формировало нейтральные атомы водорода, фотоны перестали так часто рассеиваться на свободных электронах и начали беспрепятственно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом.
Реликтовое электромагнитное излучение, о котором я уже упоминал в прошлой статье, сохранило информацию о состоянии Вселенной в момент перехода плазма-газ. Измеряя температуру этого излучения, пришедшего с разных направлений на небе, можно узнать, какие области были теплее или холоднее, чем в среднем по Вселенной. Результат этих измерений — Вселенная в возрасте 300 тыс. лет была гораздо более однородной, чем сегодня: вариации температуры и плотности составляли тогда менее 10–4 (0,01%) от средних значений.
С помощью реликтового излучения можно увидеть, как Вселенная была устроена при температуре 3000 К, — это позволяет говорить об эволюции Вселенной того времени.
В 1927 году Жожр Леметр, бельгийский физик и математик, священник католической церкви, опубликовал статью о своей модели Вселенной, опираясь на идеи Альберта Эйнштейна, согласно которым Вселенная была статична и имела постоянную массу. В статье Леметр выдвинул идею, что радиус Вселенной со временем менялся, а скорость удаления галактик и расстояние между ними были прямо пропорциональны. Однако Леметр не стал публиковать получившиеся результаты, оставив первенство Хабблу. В дальнейшем это открытие получило название закона Хаббла. Но тогда о реликтовом излучении мало что знали.
В 1948 году произошло теоретическое предсказание обязательного наличия остаточного (реликтового) излучения в рамках теории горячего Большого взрыва. Сделали это астрофизики Георгий Гамов, Роберт Герман и Ральф Альфер, причем они определили его температуру в 5К. Позднее Гамов смог высчитать, что эта температура ниже 3К.
Однако первенство в открытии реликтового излучения принадлежит двум ученым - в 1964 году это сделали Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Это равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода, назвали «эхом Большого взрыва». Его существование доказало: наша Вселенная действительно вышла из раскаленного и сверхплотного состояния.
А ведь еще в Советскую эпоху России эрудированные граждане что-то слышали о реликтовом излучении, но объяснить это понятие большинство были не в состоянии. Только физики и те, кто увлекался астрономией могли рассказать о явлении, однако их мало кто слушал. А ведь термин "реликтовое излучение" в России ввел известный советский астрофизик Иосиф Самуилович Шкловский.
Реликтовое излучение (космическое микроволновое фоновое излучение) играет роль в формировании звёзд и галактик благодаря тому, что показывает, что в ранней Вселенной существовали небольшие неоднородности плотности — крошечные «взбалтывания» в распределении материи. Эти флуктуации со временем стали основой для формирования крупных космических структур.
Реликтовое излучение не абсолютно равномерно. С помощью высокочувствительных телескопов WMAP и Planck учёные выявили крошечные флуктуации — незначительные различия в интенсивности излучения. Эти флуктуации помогают учёным понять, как формировались галактики и звёзды.
Например, расчёты показывают, что в ранний период формирования эллиптических галактик, когда Вселенная стала прозрачной для света, происходили интенсивные процессы звездообразования: огромные объёмы газа сжимались под действием гравитации, рождая сотни миллиардов массивных звёзд. Но о звездах и галактиках мы будем говорить в следующих статьях.