Недавние достижения в радиоастрономии могут вскоре осветить темные века Вселенной, период до появления первых звезд и галактик. Традиционные телескопы не в состоянии наблюдать эту ускользающую эпоху, но инновационные радиотелескопные массивы готовы предоставить важную информацию.
Ученые долгое время полагались на общую теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику для понимания космических явлений, однако загадки, такие как темная материя и темная энергия, остаются в значительной степени нерешенными. Космический микроволновый фон (CMB), послесвечение Большого взрыва, стал основой для понимания эволюции Вселенной на протяжении 13,8 миллиарда лет.
Темные века Вселенной, продолжавшиеся около 380 000 лет после Большого взрыва до появления первых звезд, характеризуются отсутствием света. Теоретические модели предполагают, что первые звезды образовались между 100 миллионами и 400 миллионами лет после Большого взрыва, положив конец этому темному периоду.
Новые обсерватории, включая космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), начали заглядывать в эту раннюю Вселенную, открывая галактики, существовавшие, когда Вселенной было всего 330 миллионов лет. Тем не менее, JWST пока не обнаружил света от самых первых звезд.
Обнадеживающий новый подход заключается в том, чтобы обнаружить сигнал 21 см от атомов водорода, который может предоставить трехмерную карту ранней Вселенной. Этот сигнал возникает в результате перехода спина атомов водорода и зависит от окружающей среды, включая излучение первых звезд и черных дыр.
Эксперименты, такие как Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) и массив MeerKAT, успешно обнаружили сигнал 21 см от близлежащего нейтрального газа. Сигнал от первых звезд сдвинут в красную область спектра из-за космического расширения, что затрудняет его наблюдение на фоне более сильных излучений от других источников.
Исследователи используют два основных метода для поиска этого слабого сигнала: глобальные измерения с помощью одиночных антенн и пространственные флуктуации с использованием больших интерферометров. Ожидается, что Square Kilometer Array (SKA), который сейчас строится, предоставит детальное томографическое сканирование нейтрального водорода в ранней Вселенной.
Будущие предложения по созданию радиомассивов на обратной стороне Луны могут еще больше улучшить нашу способность обнаруживать этот сигнал, свободный от земных помех. Пока ученые продолжают совершенствовать свои методы, потенциал открытия происхождения первых звезд и галактик Вселенной становится все ближе.