Астрономы предлагают использовать особые радиосигналы из самой ранней эпохи Вселенной, чтобы «измерить массу» первых звёзд. Это исследование может раскрыть новые детали о периоде, известном как «Космический Рассвет» — времени, когда тьма ранней Вселенной рассеялась, и свет смог свободно распространяться.

Невидимые звёзды Космического Рассвета

Первые звёзды, называемые «звёздами населения III» (Pop III), невозможно увидеть даже в самые мощные телескопы. Их свет блокировался плотным «космическим туманом» — облаками водорода, заполнявшими Вселенную в ту эпоху.

Однако примерно через 100 миллионов лет после Большого Взрыва этот водород создал особый радиосигнал на длине волны 21 см. Международная команда астрономов считает, что этот сигнал можно использовать, чтобы понять, как свет первых звёзд взаимодействовал с космическим туманом, постепенно рассеивая его.

«Это уникальная возможность узнать, как первые лучи света прорвались сквозь тьму ранней Вселенной», — говорит руководитель исследования Анастасия Фиалков из Кембриджского университета. «Переход от холодной, тёмной Вселенной к миру, наполненному звёздами, — это история, которую мы только начинаем понимать».

Проект REACH: в поисках сигнала первых звёзд

Фиалков возглавляет проект REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen) — эксперимент с радиотелескопом, который изучает слабое свечение 21-сантиметрового сигнала, чтобы раскрыть тайны Космического Рассвета.

Сейчас REACH находится на этапе калибровки, но вскоре к нему присоединится Square Kilometre Array (SKA) — гигантская сеть радиотелескопов, строящаяся в Австралии и Южной Африке. Вместе они смогут определить массу, светимость и распределение первых звёзд.

Новая модель: как масса звёзд влияет на сигнал?

В ходе подготовки к исследованиям Фиалков и её коллеги разработали модель, предсказывающую, как будет выглядеть 21-сантиметровый сигнал для REACH и SKA. Оказалось, что этот сигнал зависит от массы первых звёзд.

«Мы первые, кто смог смоделировать влияние массы звёзд Pop III на 21-сантиметровый сигнал, включая ультрафиолетовый свет и рентгеновское излучение от двойных систем, которые образуются после их гибели», — объясняет Фиалков. «Наши выводы основаны на симуляциях, учитывающих первичные условия Вселенной, такие как состав водорода и гелия после Большого Взрыва».

Рентгеновские двойные системы: ключ к разгадке

Исследователи обнаружили, что в предыдущих работах связь между 21-сантиметровым сигналом и первыми звёздами недооценивалась, потому что не учитывалось влияние рентгеновских двойных систем — пар из мёртвой звезды (например, белого карлика) и обычной звезды.

«Наши расчёты имеют огромное значение для понимания природы первых звёзд», — говорит Элой де Лера Аседо, главный исследователь проекта REACH. «Мы показали, что радиотелескопы могут рассказать нам о массе этих звёзд и о том, насколько они отличались от современных».

REACH и SKA не увидят первые звёзды напрямую, как это делает James Webb (JWST). Вместо этого учёные будут анализировать статистические данные об их излучении.

«Нужно немного воображения, чтобы связать радиоданные с историей первых звёзд, но последствия этого открытия — огромны», — заключает Фиалков.

Это исследование может не только рассказать о массе и свойствах первых звёзд, но и помочь понять, как формировались первые галактики и как Вселенная прошла путь от тьмы к свету.