Суть состоит в том, чтобы выяснить различие между 21-сантиметровыми волнами из нашей галактики и такими же волнами из далеких древних источников.
Тот факт, что в ранней Вселенной темная материя перемещалась быстрее, чем обычная материя, должна помочь усилить отдаленный сигнал, сообщают ученые в журнале Nature. Это поможет узнать больше о Вселенной, когда она насчитывала всего 1% от своего текущего возраста.
Ученые сначала представили компьютерные 3D-модели на конференции «Вспышка гамма-излучения в эру быстрого развития», проводимой в Ливерпульском университете Джона Мура.
В настоящее время самым древним из когда-либо зафиксированных объектов является галактика под названием UDFy-38135539, замеченная на оптическом изображении, сделанном телескопом «Хаббл». Ее свет возник более чем 13 млрд лет назад, когда Вселенная была молодой и ее возраст составлял менее чем 700 млн лет.
Ученые измеряют астрономические расстояния с помощью красного смещения данного источника света, которое показывает, как изменяются световые волны по мере того как его источник удаляется от нас в постоянно расширяющейся Вселенной.
У UDFy-38135539 красное смещение составляет 8,55, но новое исследование обещает, что ученые смогут увидеть звезды и галактики с красным смещением 20.
Однако если это сработает, то представление будет статистическим: астрономы не будут фактически видеть отдельные звезды и галактики, а скорее будут в состоянии оценить, сколько объектов и какого размера существовало в те ранние времена.
Но вместо того, чтобы видеть только самые большие и самые яркие объекты, как обычно происходит во время исследований с помощью телескопов, таких как «Хаббл», ученые будут изучать галактические ореолы, в миллион раз меньшие массы ореола Млечного Пути.
«Это очень маленькие и очень далекие галактики. Абсолютно безнадежно в следующие несколько десятилетий пытаться увидеть их с помощью любого телескопа», – говорит соавтор исследования Реннэн Баркана из Тель-Авивского университета. «Именно потому это так интересно: мы не сможем точно узнать, сколько там галактик, но это было бы однозначным подтверждением того, что эти галактики там находятся», – сказал профессор Баркана BBC News.
Темная материя
Волна длиной 21 см возникает в результате изменений в атомах водорода – самого распространенного элемента Вселенной, который может рассказать нам очень много о ранней Вселенной, существовавшей еще до того, как были сформированы более тяжелые элементы.
Ключевой момент заключается в различных предельных скоростях для темной материи и обычной материи ранней Вселенной, о чем впервые было заявлено в газете Physical Review в 2010 году.
Ранняя Вселенная была частично сформирована волнами давления – как звуковыми волнами, – появившимися от Большого взрыва. Молекулы воздуха разносились звуком, а волны давления переносили и распространяли нормальную материю в обычных паттернах, которые мы сейчас можем наблюдать.
Низкочастотные радиотелескопы, такие как станция в Мерчистоне, могут помочь зафиксировать 21-сантиметровые волны. Но темную материю, которая не взаимодействует с нормальной материей, не поколебали волны, относящиеся к гравитации.
Распределение темной и нормальной материи в ранней Вселенной изменяется только там, где вещество (главным образом водород) заканчивается, в свою очередь, изменяя место расположения источника излучения 21-сантиметровых волн и его интенсивность.
Хоть в целом в небе сигнал является усредненным, но в сигнале, который мы видим в малом масштабе, должны быть большие расхождения, и новое исследование утверждает, что нагревание рентгеновским излучением в те ранние дни должно сделать эти статистические колебания еще более легкими для определения.
Профессор Баркана заявил, что хотя не существует никаких радиотелескопов, специально разработанных для обнаружения 21-сантиметровых волн, несколько опытных образцов уже разрабатываются.
«Скоро появится целый предмет космологии 21-сантиметровых волн. Есть по крайней мере четыре различные группы, которые строят ряд радиотелескопов, фокусирующихся на красном смещении величиной приблизительно 10, – сказал он. – Но до сих пор ни у кого не было стимула построить ряд радиотелескопов, предназначенный для получения волны с красным смещением 20».
Что такое красное смещение?
Термин «красное смещение» отражает тот факт, что свет от более отдаленных объектов кажется на земле более красным, чем в тот момент, когда он покидал свой источник.
Цветовое изменение появляется из-за эффекта Допплера, который заключается в том, что волны «растягиваются» или «сжимаются» благодаря перемещению объектов.
Этот эффект можно наблюдать в звуке движущейся сирены: приближающаяся сирена кажется более высокой, а удаляющаяся кажется более низкой.
В случае со светом приближающиеся объекты кажутся более синими, а удаляющиеся – более красными.
Расширение Вселенной нарастает, поэтому более отдаленные объекты удаляются от нас (и друг от друга и всего остального) быстрее, чем более близкие объекты.
На космических расстояниях перемещение может сильно повлиять на цвет, и фактор, благодаря которому волна «растягивается», назван красным смещением.
По материалам:
km.ru