Первые звёзды и галактики: снимки „из детства“
Международная команда астрономов, включая исследователей из Кардиффского университета, достигла значительного прорыва в изучении ранней Вселенной. С помощью телескопа ACT (Atacama Cosmology Telescope), расположенного в высокогорных районах Чилийских Анд, ученым удалось получить самые четкие и точные изображения Вселенной в ее младенчестве. Эти данные позволяют заглянуть в прошлое на невероятные 13,8 миллиарда лет назад, когда возраст Вселенной составлял всего около 380 000 лет. Это можно сравнить с «детскими снимками» современной Вселенной, которая уже достигла «среднего возраста».
Исследование, проведенное в рамках коллаборации ACT, было основано на анализе космического микроволнового фона (CMB) — света, который начался свое путешествие более 13 миллиардов лет назад и достиг Земли. Ученые изучили не только интенсивность этого древнего света, но и его поляризацию, что позволило им с беспрецедентной точностью реконструировать процессы, которые привели к появлению первых звезд и галактик.
Новые данные подтверждают стандартную модель Вселенной
Анализ CMB в высоком разрешении подтвердил стандартную модель Вселенной, которая является основой современной космологии. Эта модель, разработанная в середине XX века, объясняет, как Вселенная расширялась и развивалась с момента Большого взрыва. Новые данные исключили множество альтернативных теорий, которые предлагали другие объяснения наблюдаемых явлений. Результаты работы были представлены на ежегодной встрече Американского физического общества 19 марта 2025 года и направлены на публикацию в престижный журнал Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Профессор Эрминия Калабрезе, директор по исследованиям Школы физики и астрономии Кардиффского университета и ведущий автор одного из исследований, отметила важность этих открытий: “Эти новые изображения позволяют нам с высокой точностью реконструировать процессы, которые заложили основу для всех сложных космических структур, которые мы видим в ночном небе. Это включает и нашу собственную планету, которая является частью этой величественной Вселенной”.
Масштабы и состав Вселенной
Согласно новым данным, наблюдаемая Вселенная простирается на невероятные 50 миллиардов световых лет во всех направлениях от Земли. Ее масса эквивалентна 1 900 зетта-солнцам, что составляет почти 2 триллиона триллионов солнц. Однако только 100 зетта-солнц приходится на обычную материю, которую мы можем наблюдать и измерять. Три четверти этой обычной материи составляет водород, а оставшуюся четверть — гелий. Элементы, из которых состоят люди, такие как углерод, кислород, азот, железо и даже следы золота, были образованы позже в звездах и составляют лишь ничтожную часть этого “космического супа”.
Остальная масса Вселенной — это темная материя (500 зетта-солнц) и темная энергия (1 300 зетта-солнц). Природа темной материи до сих пор остается загадкой для ученых, но она играет ключевую роль в гравитационных взаимодействиях, которые определяют структуру Вселенной. Темная энергия, в свою очередь, доминирует в пустом пространстве и отвечает за ускоренное расширение Вселенной.
Разрешение спора о скорости расширения Вселенной
Одной из ключевых задач исследования было изучение альтернативных моделей Вселенной, которые могли бы объяснить расхождения в измерении постоянной Хаббла — скорости расширения пространства. Измерения, основанные на анализе CMB, показывают значение постоянной Хаббла в диапазоне 67–68 км/с/Мпк. Однако наблюдения за движением ближайших галактик указывают на более высокое значение — 73–74 км/с/Мпк.
Новые данные, полученные с помощью телескопа ACT, подтвердили более низкое значение постоянной Хаббла с повышенной точностью. “Мы проверили множество моделей, которые могли бы давать более высокое значение скорости расширения, но они не подтвердились нашими новыми данными”, — добавила профессор Калабрезе. Это открытие имеет важное значение для космологии и помогает лучше понять процессы, происходящие во Вселенной.
Уточнение возраста Вселенной
Новые измерения также позволили значительно уточнить возраст Вселенной. Теперь он оценивается в 13,8 миллиардов лет с погрешностью всего 0,1%. Это стало возможным благодаря уникальным фильтрам, разработанным группой астрономов Кардиффского университета. Эти фильтры обеспечили необходимую чувствительность для проведения столь точных измерений.
Завершение миссии ACT и новые проекты
Телескоп ACT завершил свою работу в 2022 году, оставив после себя впечатляющие результаты. Теперь внимание ученых переключается на новый, более мощный проект — Simons Observatory, который также будет расположен в регионе Чилийских Анд. Этот проект станет следующим этапом в изучении космического микроволнового фона и позволит астрономам получить еще более точные данные о ранней Вселенной.
“Приятно видеть, как ACT завершает свою работу с такими впечатляющими результатами”, — сказала профессор Калабрезе. “Эти данные укрепляют нашу стандартную модель космологии и закрывают дверь для многих альтернативных теорий”.
Заключение
Исследование, проведенное международной командой астрономов, стало кульминацией многолетней работы. Участие в проекте принимали ученые и студенты Кардиффского университета, что подчеркивает важность междисциплинарного подхода в науке. Эти открытия не только углубляют наше понимание ранней Вселенной, но и открывают новые горизонты для будущих исследований. Они помогут раскрыть тайны темной материи, темной энергии и происхождения всего, что нас окружает.
