Вернёмся, однако, к самому началу. Та Вселенная, которую мы знаем сегодня, начала приобретать очертания примерно через 380000 лет после Большого взрыва. Именно в этот момент свободные протоны и электроны остыли настолько, чтобы получить возможность объединяться в атомы водорода - самые простые, наиболее распространенные во Вселенной и наименее заметные. Этот элемент не испускает свет в подавляющем большинстве частей электромагнитного спектра. Водородную линию можно заметить лишь на относительно длинных волнах - более 21 сантиметра. И идентифицировать её среди всего остального излучения, которое обрушивается на нас из космоса, невероятно сложно.
За то время, что этот свет летел к земному наблюдателю, преодолённое им пространство довольно сильно расширилось, что ещё больше увеличивает длину волны - с искомого 21 сантиметра до 1.5-20 метров. И чем это значение выше, тем древнее сигнал. В свою очередь, чем больше это смещение, тем сигнал слабее. В какой-то момент он становится практически неразличим на фоне разного рода помех, в том числе от человеческой деятельности - радиопередач или даже автомобильных свеч зажигания. К счастью, наука не стоит на месте и инструменты, которые астрономы используют для изучения Вселенной, становятся все совершеннее. Сегодня радиотелескопы и принимающие антенны устанавливаются в самых отдаленных и тихих местах планеты, чтобы избежать постороннего воздействия - например, на острове, находящемся между Южной Африкой и Антарктидой, или на Тибетском нагорье.
Новые технологии позволяют собирать и обрабатывать огромные объемы данных, получаемых этими обсерваториями. Благодаря этому ученые, как им кажется, начинают понимать, что происходило во Вселенной в «темные века». Они выделяют три периода, когда водород поглощал или испускал энергию. Первый начался через 5 миллионов лет после Большого взрыва, когда водород остыл и абсорбировал часть фонового излучения - это вызвало некий провал в водородной линии. Спустя примерно 200 миллионов лет появились первые звезды и галактики, испускающие ультрафиолетовое излучение, из-за чего водород начал поглощать фотоны на длине волны 21 сантиметр. Это проявляется как второй, сильнее выраженный провал на более короткой длине волны. И, наконец, третье крупное событие, затронувшее водород в интересующую нас эпоху, называется реионизацией.
Приблизительно через полмиллиарда лет после Большого взрыва ультрафиолетовое излучение звезд и галактик стало столь сильным, что заставило водород флуоресцировать на уже указанной длине волны. При этом тот объём этого элемента, который находился вблизи галактик, обстреливался так интенсивно, что полностью лишился электронов. Разделенные протоны и электроны должны выглядеть темнее, поэтому отпечаток того времени будет выглядеть очень интересно - темные ионизированные пузырьки вперемежку с ярким световым излучением. Период реионизации сегодня исследуется наиболее активно. Группе австралийских учёных посредством обработки данных, полученных четырьмя тысячами небольших антенн обсерватории «Murchison Widefield Array», удалось десятикратно сузить временной интервал, в который наука укладывает начало эпохи реионизации.
Другим австралийцам в прошлом году удалось впервые увидеть ионизированные пузырьки водорода вокруг ранних звезд. Данная группа планирует составить трёхмерную карту этих образований, чтобы впоследствии, анализируя излучение на разных длинах волн, попытаться увидеть, как росла и развивалась Вселенная. Чёткие однородные пузырьки скажут о том, что реионизация была вызвана звёздами, если же они окажутся клочковатыми и хаотичными, это укажет на вовлечённость в процесс чёрных дыр. Исследование этой эпохи истории Вселенной может дать ключ к пониманию и тёмной материи. Но чтобы добиться настоящего прорыва в этом направлении, учёным нужно научиться без проблем идентифицировать 21-сантиметровые волны в том массиве данных, которые собирает имеющееся оборудование. Не лишним будет отметить, что одним из самых эффективных инструментов для изучения ранних эпох жизни Вселенной обещает стать космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который планируется запустить в начале следующего десятилетия.
