Учёные разглядели в космическом тумане следы света первых звёзд

Расположение 150 исследованных блазаров (зелёные точки) на карте неба

(иллюстрация NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration).

Когда гамма-частицы (пурпурные) сталкиваются с видимым светом (синий), превращаясь в пару электрона и позитрона, гамма-излучение выброса блазара снижается. Чем дальше от Земли расположен блазар, тем меньше его гамма-излучения доходит до Земли

(иллюстрация NASA's Goddard Space Flight Center).

Гамма-излучение выбросов блазаров, исследованных телескопом Fermi, наложенное на перспективу космической истории

(иллюстрация NASA's Goddard Space Flight Center).

Миллионы лет после Большого взрыва Вселенная оставалась абсолютно тёмной. Потом её температура снизилась настолько, что атомы смогли соединяться друг с другом, в результате чего постепенно образовались звёзды и возник первый свет.

Учёные из американского космического агентства NASA с помощью космического гамма-телескопа Fermi измерили общее количество света от всех звёзд, которые когда-либо светили во Вселенной. В ходе этой сложной работы им впервые удалось обнаружить следы света самых первых звёзд. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

"Оптический и ультрафиолетовый свет от звёзд продолжает путешествовать в пространстве даже после того, как светила прекращают сиять. Это создаёт реликтовый радиационный фон, который мы можем фиксировать с помощью гамма-лучей от удалённых источников", — объясняет руководитель работы Марко Аелло (Marco Ajello) из Стэндфорда.

Расположение 150 исследованных блазаров (зелёные точки) на карте неба (иллюстрация NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration).

Отметим, что не стоит путать свет исчезнувших звёзд с реликтовым микроволновым излучением, которое возникло через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва, когда электроны объединились с протонами, а фотоны получили возможность свободно перемещаться. В отличие от него фоновое излучение первых звёзд очень трудно обнаружить, так как оно находится в тех же диапазонах, что и у современных светил.

Астрофизики решили проблему необычным способом. Чтобы найти признаки древнего света, они исследовали гамма-спектр блазаров − мощных источников электромагнитного излучения в центре галактик, содержащих сверхмассивные чёрные дыры. За четыре года работы телескоп Fermi зафиксировал 150 таких выбросов, направленных точно на Землю.

Когда гамма-частицы (пурпурные) сталкиваются с видимым светом (синий), превращаясь в пару электрона и позитрона, гамма-излучение выброса блазара снижается. Чем дальше от Земли расположен блазар, тем меньше его гамма-излучения доходит до Земли (иллюстрация NASA's Goddard Space Flight Center).

Гамма-лучи этих блазарных джетов неслись к нам в течение миллиардов лет и на своём пути проходили сквозь реликтовый световой фон, подобно лучу маяка, пробивающемуся через туман. Иногда гамма-кванты сталкивались со звёздным излучением и превращались в пару частиц – электрон и его античастицу позитрон. Гамма-излучение при этом исчезало. Соответственно, чем дальше расположен блазар, тем меньше частиц гамма-лучей долетает до нас с его выбросами. 

Гамма-излучение выбросов блазаров, исследованных телескопом Fermi, наложенное на перспективу космической истории (иллюстрация NASA's Goddard Space Flight Center).

Исследовав множество источников излучения, астрофизики смогли рассчитать плотность светового "тумана" во Вселенной от сегодняшнего дня до 9,6 миллиарда лет назад. 

Таким образом учёным впервые удалось зарегистрировать следы света самых первых звёзд. На сегодняшний день техника не позволяет разглядеть сами древние светила, но скоро всё может измениться. Именно эта задача стоит перед космическим телескопом Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope), запуск которого запланирован на 2018 год.