А была когда-то горячей: найдена температура Вселенной в молодости

Когда мы смотрим в ночное небо, мы видим не только звёзды — мы видим прошлое.
Свет, летящий к нам миллиарды лет, несёт отпечатки древних эпох, когда Вселенная была молодой, плотной и горячей.

Фото: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Picture_by_Hubble_Space_Telescope_crop.jpg by NASA, ESA, and M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI)

вселенная

Теперь группа японских астрофизиков сумела измерить, насколько горячей она действительно была, когда нашей галактике было всего половина нынешнего возраста.

И ответ, как оказалось, поразительно точен: 5,13 кельвина выше абсолютного нуля —  почти вдвое больше, чем температура космического микроволнового фона сегодня (2,73 К).

Это не просто красивое число. Это одно из самых точных подтверждений теории Большого взрыва, полученных за всю историю наблюдений.

Отголосок рождения мира

Через 380 000 лет после Большого взрыва космос остыл настолько, что фотоны — частицы света — смогли вырваться из горячей плазмы и свободно распространяться в пространстве.
Эти фотоны и образовали реликтовое излучение - слабое, но повсеместное "послесвечение" рождения Вселенной, которое можно уловить даже обычной микроволновой антенной.

Сегодня оно имеет температуру 2,73 К (-270,42 °C), но по мере расширения Вселенной это излучение остывает.
Согласно Стандартной космологической модели, чем дальше мы заглядываем в прошлое, тем теплее должна быть Вселенная.

Именно эту гипотезу и решили проверить астрофизики Тацуя Котани и Томохару Ока из Университета Кэйо.

Свет, который шёл семь миллиардов лет

Измерить температуру прошлого напрямую невозможно — но можно использовать космические "маяки": далекие квазары, сверхъяркие активные ядра галактик.
Свет от одного из таких квазаров, путешествуя к нам семь миллиардов лет, проходит через облака межгалактического газа.

Когда реликтовое излучение взаимодействует с этими облаками, оно оставляет на спектре характерные следы — тонкие "отпечатки пальцев" древнего тепла.
Проанализировав эти отпечатки с помощью сверхчувствительной антенны ALMA (Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка) в Чили, исследователи определили температуру с беспрецедентной точностью:
5,13 ± 0,06 К.

Это самое точное измерение реликтового фона, сделанное на таком промежуточном этапе истории Вселенной — между её ранней плазменной юностью и современным "холодным" состоянием.

Почему это важно

Казалось бы, разница всего в пару градусов не выглядит впечатляющей.
Но в космологии это — как обнаружить отпечаток пальца на стекле телескопа Хаббла.

Ранее подобные измерения проводились только для самых ранних эпох (с помощью спутников Planck и COBE) или для настоящего времени.
Теперь же промежуточное звено — семь миллиардов лет назад — подтверждает, что модель работает на всех временных масштабах.

История, рассказанная светом

Астрономы любят говорить, что космос — это книга, написанная на языке света.
И каждая новая глава этой книги подтверждает, что наше понимание мироздания стало удивительно точным.

Мы знаем, что Вселенная расширяется, и что вместе с ней расширяется пространство, в котором движутся фотоны.
Именно это растяжение пространства и заставляет древний свет "остывать", переходя из коротких волн в длинные — от яркого ультрафиолета к мягкому микроволновому шепоту, который можно услышать даже телевизионной антенной.

Слуховой образ этого шепота — знакомый нам "шум эфира" на старых экранах, когда телевизор не ловил сигнал.
Около 1% этого шума — это и есть отголосок Большого взрыва.

Философия холода

Каждое новое измерение температуры Вселенной напоминает нам, что космос не стоит на месте.
Он растёт, стареет и остывает.
Через миллиарды лет реликтовое излучение станет таким холодным, что его невозможно будет зафиксировать — Вселенная окончательно погрузится в тепловую смерть.

Но пока этого не произошло, каждый луч света, пришедший из глубин времени, — это сообщение от молодой Вселенной.
И японские исследователи научились читать эти послания с температурной точностью до сотых долей градуса.

FAQ

1. Что такое реликтовое излучение?
Это остаточное излучение Большого взрыва, равномерно заполняющее пространство и свидетельствующее о его горячем происхождении.

2. Почему его температура снижается?
Из-за расширения пространства волны света растягиваются, теряя энергию — а значит, и температуру.

3. Как можно измерить древнее излучение?
Через спектр далёких квазаров и галактик, где свет взаимодействует с газом, отражая состояние Вселенной на момент прохождения.

4. Почему измерение Котани и Оки важно?
Оно впервые с высокой точностью фиксирует температуру Вселенной в промежуточный период её эволюции, подтверждая предсказания космологической модели.

5. Можно ли считать это окончательным доказательством теории Большого взрыва?
Это — одно из самых сильных подтверждений, но наука всегда ищет новые данные, чтобы уточнить детали картины.