Феномен, известный как «послесвечение» Вселенной (afterglow of the Universe) — важное доказательство теории Большого взрыва. Это фоновое излучение также дает важные ответы на вопрос о том, как могли сформироваться первые галактики. Однако исследователи из Боннского, Пражского и Нанкинского университетов подсчитали, что интенсивность этого излучения, вероятно, была переоценена. Если результаты окажутся точными, это может слегка (или серьезно) поколебать теоретические основы стандартной космологической модели. Результаты были опубликованы в журнале Nuclear Physics B.
Пространство, время и материя возникли из условного ничего 13,8 миллиарда лет назад. Большой взрыв ознаменовал начало нашей Вселенной — по крайней мере, согласно стандартной модели космологии. Вселенная значительно расширилась за первые 380 тысяч лет после Большого взрыва и в процессе расширения заметно остыла.
Только в этот момент электроны и протоны смогли объединиться, образовав электрически нейтральные атомы водорода. В результате Вселенная стала прозрачной для света. Это ознаменовало рождение космического микроволнового фонового излучения. Мы до сих пор можем обнаружить это излучение с помощью высокочувствительных телескопов. Поскольку оно добиралось до нас почти 13,8 миллиарда лет, оно дает представление о рождении и первых часах существования Вселенной.
Профессор Павел Крупа из Института радиационной и ядерной физики имени Гельмгольца Боннского университета и Карлова университета в Праге, не исключил, что фонового излучения в привычном понимании вообще не существует. По крайней мере, он убежден, что его интенсивность несколько переоценили.
Крупа вместе с коллегами из Нанкинского университета в Китае исследовал особую группу галактик, называемых эллиптическими. Вселенная расширяется со времен Большого взрыва, как поднимающееся тесто. Это означает, что расстояние между галактиками постоянно увеличивается. Ученые измерили, насколько далеко друг от друга сегодня находятся эллиптические галактики. Используя эти данные и принимая во внимание характеристики этой группы галактик, они смогли определить скорость расширения, чтобы узнать, когда они впервые родились.
Эллиптические галактики были первыми галактиками, сформировавшимися в молодой Вселенной. Огромные объемы газа накапливались, чтобы дать начало сотням миллиардов звезд, наполнивших эти галактики.
Результаты исследования показывают, что весь этот процесс длился всего несколько сотен миллионов лет, что относительно недолго по космологическим меркам. В течение этого времени термоядерные реакции во вновь вспыхнувших звездах были очень интенсивными.
Ученые подсчитали мощность этого раннего звездного взрыва. Согласно их расчетам первые галактики сияли так ярко, что мы можем наблюдать зарево того грандиозного термоядерного пожара по сей день. Расчеты показывают, что часть космического фонового излучения на самом деле возникла в результате формирования эллиптических галактик. Это составляет по меньшей мере 1,4% излучения, но может составлять и весь его объем.
Даже если на его долю приходится всего 1,4%, это, вероятно, будет иметь серьезные последствия для стандартной модели. Измерения, проведенные за последние несколько десятилетий, показали, что фоновое излучение не является полностью равномерным. Вместо этого наблюдаются очень небольшие различия в его интенсивности в зависимости от направления, в котором вы смотрите.
Исследователи интерпретировали это наблюдение как доказательство того, что после Большого взрыва газ был распределен неравномерно. В некоторых областях он был менее плотным, чем в других. Это объясняет, почему галактики смогли сформироваться: более плотные области выступали в качестве точек конденсации, где газ сжимался под действием собственной гравитации, образуя звезды.
Без этого неравномерного распределения газа мы, вероятно, даже не существовали бы. Однако колебания фонового излучения, которые лежат в основе этой теории, составляют всего несколько тысячных долей процента. Вопрос в том, насколько достоверными могут быть эти измерения, если эллиптические галактики (которые также распределены неравномерно) дают не менее 1,4% от общего измеренного фона.
Наши результаты являются проблемой для стандартной модели космологии. Возможно, придется переписать историю Вселенной, по крайней мере частично.
1 мая 2025 года заступил на орбитальную вахту телескоп НАСА SPHEREx. С его помощью ученые надеются проникнуть в тайны первых часов существования Вселенной.
