.
О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Украина | Свидетели Иеговы
Читайте нас:
На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.61872.html

статья После Большого взрыва свет не спешил "отделяться от тьмы"

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 28.02.2004
Реклама
.

Космические "темные века" длились более миллиарда лет

Конец "темных веков". Фантазия художника с сайта Scientific American Во времена одного из самых ранних периодов своей истории Вселенная была почти вся сплошь "затянута туманом" из атомов водорода и гелия. Даже яркое ультрафиолетовое излучение самых первых звезд в новорожденных галактиках не могло пробиться через эту всепоглощающую завесу из газа, что дало астрономам повод назвать эту космическую эру "темными веками" ("Dark Ages"). Только по прошествии сотен миллионов лет первородные звезды смогли постепенно разогреть и ионизировать окружающий газ, преобразовав непроницаемый океан космоса в современное прозрачное космическое пространство. Без этой метаморфозы никакой телескоп не смог бы увидеть даже ультрафиолетовые лучи, испускаемые источниками вне нашей собственной Галактики. Все наше знание ультрафиолетовых источников было бы ограничено Млечным путем.

Точное определение того момента, когда свершилось это преобразование, своего рода "отделение тьмы от света", называемое также повторной ионизацией (re-ionization), и выяснение его конкретных причин должно в перспективе привести к пониманию важнейших процессов формирования первых галактик в юной Вселенной. В своей новой теоретической работе, опубликованной 26 февраля 2004 года в журнале Nature (она доступна по адресу xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0401188), Стюарт Уайз (J. Stuart Wyithe) из Мельбурнского университета (University of Melbourne) и Абрахам Лёб (Abraham Loeb) из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), показывают, что космические "темные века" продолжались в течение не менее миллиарда лет, то есть свой первый миллиард лет Вселенная просуществовала практически нейтральной.

Большой взрыв создал Вселенную, заполненную горячим ионизированным водородом и гелием. Спустя приблизительно 380 тысяч лет Вселенная расширилась и охладилась до такой степени, что электроны и атомные ядра смогли воссоединиться (это называется процессом рекомбинации), что привело к формированию нейтрального водорода, атомов гелия и к поглощению ультрафиолета. Однако переход от темноты к прозрачному космосу сопровождался новой ионизацией газа, заполняющего Вселенную, то есть разделением его на электроны и отдельные ядра.

"Простая модель быстрой и полной ионизации, опирающаяся на данные от спутника WMAP - Wilkinson Microwave Anistropy Probe (Зонд для исследования микроволновой анизотропии имени Дэвида Вилкайнсона) подразумевает, что переионизация произошла спустя примерно 200 миллионов лет после Большого взрыва, что приблизительно соответствует коэффициенту красного смещения 17. Однако фактически процесс переионизации не мог быть мгновенным и полным. Все происходило гораздо сложнее", - говорит Уайз.

Красное смещение - увеличение длины световых волн от отдаленных объектов, вызванное расширением Вселенной (эффект Доплера). Этот эффект заставляет космические источники казаться более красными, чем они есть на самом деле. Чем больше коэффициент красного смещения, тем, соответственно сильнее удален источник света.

Поспорить с данными от авторитетнейшего спутника Уайза и Лёба заставило изучение квазаров - очень отдаленных и очень ярких объектов, которые видны на расстояниях в миллиарды световых лет. Их мощнейшее излучение позволяет использовать квазары в качестве космических прожекторов, освещающих не только их непосредственные окрестности, но и всю протяженность пространства между квазаром и Землей. Согласно современным представлениям, в центре каждого квазара расположена сверхмассивная черная дыра, постепенно поглощающая окружающую материю. Это вещество, по спирали падая на черную дыру, часть своей гравитационной энергии отдает (излучает) в виде видимого света и прочей радиации.

Ультрафиолетовые лучи от такого квазара ионизируют газ в окружающей межгалактической среде. Хотя общее число ярких квазаров в ранней Вселенной не было достаточным для того, чтобы провести полную переионизацию, каждый из них был достаточно мощен для того, чтобы сформировать локальный "пузырь" ионизированного газа. Размеры такого "пузыря" зависят от свойств окружающего газа. Если близлежащая межгалактическая среда главным образом нейтральна, то квазару будет сложнее полностью ионизировать газ, и он может создать только маленький "пузырь". А окружающая межгалактическая среда, которая уже в основном ионизированна, потребует от квазара меньших "усилий", и он будет способен "выдуть пузырь" большего размера.

Чтобы вычислить долю нейтрального водорода в ранней Вселенной, Уайз и Лёб использовали два самых отдаленных из известных квазаров, один из которых имеет красное смещение z~6,3, а другой - z~6,4, что соответствует расстояниям приблизительно в 13 миллиардов световых лет. Ученые вычисляли ожидаемый размер ионизированного "пузыря" вокруг каждого квазара, приняв разумные значения для коэффициента эмиссии ионизирующих фотонов и времени жизни квазаров, затем сравнивали свои предсказания с наблюдаемыми значениями.

"Наблюдаемые размеры "пузырей" были очень малы, следовательно, доля нейтрального водорода в окружающем пространстве достаточно велика, речь о десятках процентов (предыдущий предел - 0,1 %). Таким образом, даже спустя один миллиард лет после Большого взрыва, когда переионизация, согласно WMAP, должна была уже давно произойти, большая часть межгалактической среды все еще была нейтральна", - говорит Уайз.

Выкладки Уайза и Лёба дают понять, что процесс формирования звездных систем был весьма непростым. В то время как процесс переионизации, вероятно, начался с рождением первых звезд спустя приблизительно 100 миллионов лет после Большого взрыва, для полной переионизации потребовалось значительное время. То есть период частичной переионизации длился во Вселенной в течение миллиардов лет.

Возможно даже, что переионизация протекала в ходе двух различных фаз, связанных с первым и вторым поколениями звезд. "Первые звезды были очень горячими, потому что они сформировались из древнего газа, оставшегося от Большого взрыва. Но когда внутри этих первых звезд были синтезированы начальные порции тяжелых химических элементов ("металлов", по выражению астрофизиков) и рассеялись по окружающему космосу в результате взрывов сверхновых, то стали рождаться и "вторичные" звезды, "вылепленные" из обогащенного "металлами" газа, и они оказались существенно "прохладнее" и были менее эффективны в процессе ионизации Вселенной, - говорит Лёб. - Судя по всему, межгалактическая среда стала полностью ионизированной, то есть такой, какой мы видим ее сегодня, только после весьма длительных усилий звезд уже второй генерации". То есть эти данные, кроме всего прочего, предполагают существование второго пика в истории ионизации.

Источник:
Cosmic Dark Ages Lasted For More Than A Billion Years - Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - Press Release

НА ПРАВАХ РЕКЛАМЫ:
13 марта 2004 года состоится встреча выпускников 1994 года Физического факультета МГУ. Чтобы зарегистрироваться и узнать подробности, просьба зайти на сайт phys.web.ru/fizfak94/.

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 28.02.2004


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама
Выбор читателей