Профессор Марк Халперн из Университета Британской Колумбии — главный исследователь группы, изучавшей радиотелескоп CHIME в Пентиктоне, Британская Колумбия, в 2017 году.Иван Семинюк/The Globe and Mail
Водород — самый простой атом в природе, а также самый распространенный. Это топливо, которое заставляет звезды сиять и тем самым делает жизнь возможной.
Теперь астрономы, работающие с уникальным радиотелескопом в Британской Колумбии, провели самые отдаленные измерения того, как атомы водорода распределяются в глубоком космосе.
Результаты подтверждают новую картину того, как материя была организована после Большого взрыва и создала Вселенную, которую мы знаем сегодня.
«На самом деле мы отслеживаем гигантские скопления и группы галактик, а также волокна, составляющие плотную структуру Вселенной», — сказал профессор Марк Халперн из Университета Британской Колумбии, ведущий научный сотрудник группы, проводившей исследование.
По его словам, поскольку он и его коллеги работают над тем, чтобы лучше понять сигналы, может стать возможным сделать что-то более амбициозное: напрямую измерить скорость расширения Вселенной. Это обеспечит независимый способ измерения влияния темной энергии — неизвестного явления, которое, как считается, вызывает ускорение расширения.
Ученые создали самую обширную карту темной материи в северном небе
Обнаружение было сделано с помощью канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода (CHIME), базирующегося в Пентиктоне, Британская Колумбия.
Он состоит из серии антенн в форме корыта, которые пассивно собирают радиоволны с неба. По мере вращения Земли антенна перемещается по северному небу, постепенно собирая данные из огромных пространств космоса. В основе этого оборудования лежит сложная компьютерная система, которая распутывает всю информацию, поступающую с разных направлений, и превращает ее в целостную картину радионеба.
С момента своего первого включения в 2017 году CHIME регулярно обнаруживал широкий спектр радиоисточников, включая пульсары (быстро вращающиеся звездные каркасы, разбросанные по всему Млечному Пути) и быстрые радиовсплески (короткие интенсивные всплески радиоэнергии, исходящие от источников внутри галактик далеко за пределами нашей галактики).
Но первоначальной целью CHIME было обнаружение более тихого и рассеянного радиоизлучения, производимого атомами водорода в холодных глубинах между галактиками. Спустя девять лет после начала работ проект, похоже, достиг этой цели.
В двух исследованиях, опубликованных в понедельник в «Астрофизическом журнале», астрономы показали, что они обнаружили сигнал водорода на расстоянии около 8 миллиардов световых лет от Земли, что намного дальше, чем измерялось ранее. Анализ сигналов показывает, как водород скапливается в космосе, и это открытие в целом согласуется с другими методами картирования крупномасштабной структуры материи во Вселенной.
«Это измерение, для которого был разработан CHIME», — сказал доктор Халперн.
Члены команды заявили, что получить результаты оказалось труднее, чем ожидалось, отчасти потому, что сложный радиошум, излучаемый электронами, вращающимися вокруг Млечного Пути, в 10 000 раз сильнее, чем слабый фоновый сигнал водорода.
«Чтобы обнаружить очень слабые сигналы, нужно вычесть очень большие сигналы», — говорит Арнаб Чакраборти, научный сотрудник Института Данлэпа при Университете Торонто, который работал над данными.
Он добавил, что еще одной проблемой является беспроводная среда вокруг обсерватории. Несмотря на ограничения, антропогенные помехи беспроводной связи становятся все более распространенными благодаря распространению электронного оборудования в автомобилях и персональных устройствах, которые постоянно подключены к Интернету.
Пока Большой адронный коллайдер закрывается, ученые Британской Колумбии работают над следующим экспериментом.
Чтобы прийти к своим результатам, исследователи начали с данных, собранных за 2000 дней, и сократили период отсутствия радиопомех, который обеспечивает идеальные условия для восприятия сигналов космического водорода, всего до 94 дней.
Доктор Чакраборти сказал, что он и другие изучали данные более двух лет, чтобы быть уверенными в том, что то, что они видели, было реальным.
Чтобы удалить нежелательный радиошум, исследовательской группе пришлось удалить данные, показывающие, как изменялись расстояния между большими водородными облаками миллиарды лет назад. Если это удастся восстановить в ходе будущих анализов, можно будет оценить силу темной энергии на ранних этапах истории Вселенной.
CHIME — одна из немногих установок в мире с «огромным потенциалом» использования водорода для раскрытия истории и природы Вселенной, сказал Уилл Персиваль, астрофизик из Университета Ватерлоо, который не участвовал в сотрудничестве.
«Этот сигнал было нелегко извлечь из данных», — добавил он. «Поздравляем команду CHIME с достижением такого результата.