Первый свет во Вселенной только что был запечатлен в потрясающих подробностях.

КОСМОС 19 марта 2025 г. МИШЕЛЬ СТАРР

Мы только что получили самый четкий на сегодняшний день снимок первого света, пронесшегося через Вселенную. После пяти лет пристального наблюдения за небом Атакамский космологический телескоп (ACT) составил самую подробную из когда-либо виденных нами карт реликтового излучения — слабого света, который пронизывает Вселенную всего через 380 000 лет после Большого взрыва .

Результаты? Теперь у нас есть более ясное окно в младенчество Вселенной, показывающее с большей точностью, чем когда-либо, сколько в ней массы, насколько она велика и что самый большой кризис космологии — постоянная Хаббла — остается нерешенным.

«И мы не просто видим свет и тьму, мы видим поляризацию света в высоком разрешении. Это определяющий фактор, отличающий ACT от Planck и других, более ранних телескопов».

Результаты подробно изложены в трех предварительных работах, загруженных в arXiv и на сайт ACT Принстонского университета . «Мы видим первые шаги на пути к созданию самых ранних звезд и галактик», — говорит физик Сюзанна Стэггс из Принстонского университета в США. Мы не можем видеть весь путь назад к Большому взрыву. Ранняя Вселенная была заполнена густым, мутным, непрозрачным туманом ионизированной плазмы. Эта среда была непроницаема для света; любые фотоны, движущиеся сквозь темноту, просто рассеивались свободными электронами. Лишь спустя примерно 380 000 лет после Большого взрыва эти частицы начали объединяться в нейтральный газ, в основном водород, в так называемую эпоху рекомбинации . После того, как свободные частицы были спрятаны в атомах, свет смог вырваться наружу, распространяясь по всей Вселенной. Этот первый свет — космический микроволновый фон (CMB). Как вы можете себе представить, примерно через 13,4 миллиарда лет реликтовое излучение стало очень, очень слабым и малоэнергетичным, поэтому для его обнаружения требуется много времени наблюдения и много анализа, чтобы выделить его среди всех других источников света во Вселенной.

Составление карты CMB было работой многих десятилетий, первая карта всего неба была опубликована в 2010 году , составленная на основе данных, собранных космическим телескопом Planck. С тех пор ученые работали над улучшением разрешения карты, чтобы мы могли узнать больше о том, как родилась наша Вселенная. Это то, что мы имеем сейчас с последними данными ACT, показывающими интенсивность и поляризацию CMB с большей ясностью, чем когда-либо. Поляризация — это степень, в которой вращается световая волна, которую астрономы могут расшифровать, чтобы сделать вывод о природе среды, через которую прошел свет.

«Раньше мы могли видеть, где находятся вещи, а теперь мы также видим, как они движутся», — говорит Стэггс. «Подобно тому, как приливы используются для определения присутствия Луны , движение, отслеживаемое поляризацией света, говорит нам, насколько сильным было притяжение гравитации в разных частях пространства».

Реликтовое излучение дает нам средство измерения эволюции Вселенной. Мы можем посмотреть на текущее состояние дел и на различные периоды истории Вселенной и сравнить его с реликтовым излучением, чтобы составить график 13,8 миллиардов лет с момента Большого взрыва.

«Мы более точно измерили, что наблюдаемая Вселенная простирается почти на 50 миллиардов световых лет во всех направлениях от нас, — говорит космолог Эрминия Калабрезе из Кардиффского университета в Великобритании, — и содержит массу, равную 1900 «зетта-солнц», или почти 2 триллиона триллионов Солнц». Большая часть этой массы невидима. Обычная барионная материя составляет всего 100 зетта-солнц массы Вселенной. Это все, что мы можем обнаружить – звезды, галактики, планеты, людей, черные дыры , газ, пыль – все такое. Из этой обычной материи 75 зетта-солнц — водород, а 25 зетта-солнц — гелий. Остальные элементы во Вселенной вместе имеют настолько малую массу, что они даже не оставляют следа на круговой диаграмме.

Еще 500 зетта-солнц составляют невидимую темную материю , природа которой неизвестна . Оставшиеся 1300 зетта-солнц составляют темную энергию , название, которое мы даем невидимой силе, толкающей пространство расширяться быстрее, чем мы можем видеть. Это подводит нас к постоянной Хаббла, которая отражает скорость расширения Вселенной.

Мы более подробно рассмотрим детали здесь , но вкратце можно сказать, что измерения далекой Вселенной, основанные на таких данных, как CMB, показывают более медленную скорость расширения, чем измерения локальной Вселенной, основанные на таких данных, как сверхновые. Первые составляют около 67 или 68 километров в секунду на мегапарсек, вторые — около 73 или 74 километров в секунду на мегапарсек. Это довольно увлекательно и стоит почитать об этом подробнее, если у вас есть желание, но результатом этого напряжения является то, что астрономы пытаются проводить более точные измерения Вселенной, чтобы попытаться сократить разрыв между двумя диапазонами измерений.

Новая карта CMB дала постоянную Хаббла 69,9 километров в секунду на мегапарсек. Это одно из самых строгих измерений на сегодняшний день, и оно хорошо согласуется с другими значениями постоянной Хаббла, основанными на CMB. «Для нас было немного удивительно, что мы не нашли даже частичных доказательств в поддержку более высокого значения», — говорит Стэггс. «Было несколько областей, где мы думали, что можем увидеть доказательства для объяснения напряжения, но их просто не было в данных». Так что это все еще проблема, которую нужно решить. Но повторные, строгие расчеты, похоже, все больше намекают на то, что либо мы упускаем что-то важное, либо Вселенная гораздо страннее, чем мы думали. Но эта пятнистая, оранжево-синяя карта приближает нас к разгадке, свидетельствуя о ненасытном любопытстве и неутомимой изобретательности человеческой науки.

«Мы можем заглянуть в прошлое космической истории», — говорит астрофизик Джо Данкли из Принстонского университета. «От нашего Млечного Пути, мимо далеких галактик, вмещающих огромные черные дыры, и гигантские скопления галактик, вплоть до того времени младенчества».

Три статьи загружены в arXiv и доступны на веб-сайте Принстона .

здесь: https://act.princeton.edu