Od dziesięcioleci astronomowie próbują uchwycić światło pierwszych gwiazd, które rozświetliły młody wszechświat po Wielkim Wybuchu. Teraz, dzięki zaawansowanym teleskopom naziemnym, naukowcom udało się wykryć subtelne ślady tych gwiazd w mikrofalowym promieniowaniu tła. To przełom w kosmologii — pierwszy raz tak precyzyjne pomiary zrealizowano z powierzchni Ziemi.
W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku The Astrophysical Journal międzynarodowy zespół naukowców z powodzeniem zarejestrował ślady pierwszych gwiazd, analizując polaryzację mikrofalowego promieniowania tła (CMB) — promieniowania powstałego około 380 000 lat po Wielkim Wybuchu. Co więcej, osiągnięto to za pomocą naziemnych teleskopów projektu CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor), zlokalizowanych wysoko w Andach w północnym Chile.
Instrumenty CLASS zostały zaprojektowane do wykrywania niezwykle słabych, spolaryzowanych sygnałów osadzonych w mikrofalowym promieniowaniu tła. To zadanie wyjątkowo trudne, ponieważ promieniowanie to ma długość fali rzędu milimetrów i jest milion razy słabsze niż inne źródła mikrofal odbierane z powierzchni Ziemi. Interferencje radiowe, sygnały z satelitów, radarów oraz wahania atmosferyczne — wszystkie te komponenty znacząco utrudniają takie pomiary.
Światło staje się spolaryzowane, gdy odbija się od cząstek — na przykład elektronów. W przypadku CMB polaryzacja światła zdradza informacje o interakcjach, do których doszło podczas kosmicznego świtu — epoki, w której pierwsze gwiazdy zapłonęły i zaczęły zmieniać strukturę wszechświata.
We wczesnym wszechświecie światło było „uwięzione” w gęstej mgle wolnych elektronów. Dopiero po uformowaniu się neutralnych atomów wodoru promieniowanie CMB mogło swobodnie się przemieszczać. Jednak gdy pojawiły się pierwsze gwiazdy, ich promieniowanie ponownie zjonizowało materię, rozpraszając fotony CMB. Naukowcy byli w stanie zmierzyć prawdopodobieństwo, że pojedynczy foton z epoki Wielkiego Wybuchu został rozproszony przez jeden z tych uwolnionych elektronów.
Zespół badaczy porównał dane z teleskopów CLASS z wynikami wcześniejszych misji kosmicznych — WMAP i Planck. Wyniki były zgodne i pozwoliły zidentyfikować wspólny, wyraźny sygnał polaryzacji związany z kosmicznym świtem. To pierwszy raz, kiedy takie dane uzyskano z powierzchni Ziemi z porównywalną precyzją.
To jednak jeszcze nie koniec. CLASS zmapował już 75 proc. nieba i nadal zbiera dane. Dzięki dalszym obserwacjom naukowcy planują lepiej zrozumieć proces rejonizacji, a także udoskonalić modele kosmologiczne, które opisują skład i ewolucję wszechświata — w tym wpływ ciemnej materii i neutrin.
Źródło: ApJ