Первые звёзды, вероятно, оставили заметный след в истории Вселенной

<< К списку новостей  |  Показать новости:   2011, Январь 2011, Февраль 2011, Март 2011, Апрель 2011, Май 2011, Июнь 2011, Июль 2011, Август 2011, Сентябрь 2011, Октябрь 2011, Ноябрь 2011, Декабрь 2012, Январь 2012, Февраль 2012, Март 2012, Апрель 2012, Май 2012, Июнь 2012, Июль 2012, Август 2012, Сентябрь 2012, Октябрь 2012, Ноябрь 2012, Декабрь 2013, Январь 2013, Февраль 2013, Март 2013, Апрель 2013, Май 2013, Июнь 2013, Июль 2013, Август 2013, Сентябрь 2013, Октябрь 2013, Ноябрь 2013, Декабрь 2017, Ноябрь 2018, Май 2018, Июнь 2019, Апрель 2019, Май 2020, Апрель 2020, Август 2021, Март 2021, Май

Опубликовано: 4 Июля 2012

Международная группа астрофизиков, в которую вошли специалисты из Кореи, Великобритании, США, Швеции и Австралии, провела детальное моделирование реионизации, учитывающее вклад первых звёзд.

Реионизацией, напомним, называют одну из важнейших стадий развития Вселенной, изначально (предположительно) заполненной плазмой. Её последующее расширение и охлаждение сделали образование нейтрального водорода энергетически выгодным, в результате чего доля свободных электронов и протонов резко снизилась. На этом этапе и стартовала интересующая нас реионизация, инициированная светом звёзд из появлявшихся в то время молодых галактик; когда она завершилась, межгалактическое пространство стало прозрачным для фотонов УФ-излучения, ранее поглощавшихся нейтральным водородом.

В современной космологической модели ΛCDM ранние галактические источники, способствовавшие реионизации, делят на две основные группы, разнящиеся массой гало тёмной материи. В одну из них попадают «мини-гало» с массой в 105–108 солнечных, а в другую — все более крупные структуры. Первые светила Вселенной, что важно, формировались именно внутри «мини-гало», где молекулярный водород охлаждал газ до температур, допускающих звездообразование.

Выполненное интернациональной научной группой N-частичное моделирование эволюции структуры Вселенной на временном отрезке, ограниченном красными смещениями z = 300 и z = 6, стало, разумеется, далеко не первым проектом такого рода. Отличие новой работы от прочих заключается лишь в том, что её авторы, сохранив впечатляющий масштаб моделирования (отслеживались перемещения 30723 ≈ 29 000 000 000 частиц в кубе со стороной в 114/h Мпк, где h — параметр, отражающий неопределённость постоянной Хаббла), сделали его очень подробным, то есть учли эффекты, связанные с небольшими гало.

Расчёты подтвердили, что первые звёзды начинают формироваться в «мини-гало» уже на красном смещении z ~ 40 — в тот момент, когда возраст Вселенной составлял всего 70 млн лет. Вследствие этого небольшие галактические источники становятся главной движущей силой ранней реионизации и, как показано на рисунке ниже, сохраняют лидерство до z ~ 10, после чего их место занимают более мощные крупные гало.

Прямое сравнение двух моделей, в одну из которых (на рисунке она отмечена сплошной линией) «мини-гало» включаются, а в другую (пунктир) — нет, позволяет заключить, что они дают совершенно разные оценки времени начала и длительности реионизации. Кроме того, реионизация с участием некрупных гало практически останавливается на участке от z ~ 12 до z ~ 10, что объясняется работой механизма обратной связи: молекулы водорода диссоциируют под действием света звёзд, и звездообразование в «мини-гало» подавляется. Момент окончания реионизации — увеличения средней массовой доли ионизованного вещества в межгалактической среде до 99% — модели определяют одинаково, на z ~ 6,8.

Чтобы отыскать следы первых звёзд, необходимо, как видим, изучать раннюю реионизацию на z > 10. Сделать это современные приборы не позволяют, и необходимое оборудование (скажем, телескопы «Джеймс Уэбб» или SKA) может появиться у астрономов только через несколько лет. Это, однако, не означает, что влияние «мини-гало» на реионизацию нельзя уже сейчас зарегистрировать непрямым путём: две модели, обозначенные на рисунке, дают сильно — на 47% — расходящиеся оценки оптической толщины (величины, характеризующей непрозрачность среды для проходящего сквозь неё излучения по отношению к какому-то конкретному процессу взаимодействия с веществом) по рассеянию на электронах для реликтового излучения. Исследованием последнего занимается космический телескоп «Планк», и его данных должно хватить для того, чтобы определить, какая из моделей соответствует действительности.

Источник:"Компьютерра–Онлайн"