Как увидеть Вселенную ранее 380 000 лет Часто вижу ролики на | astronomy

Как увидеть Вселенную ранее 380 000 лет

Часто вижу ролики на тему, что нам не заглянуть за стену реликтового фона, и мы просто не знаем, что происходило ранее, ведь само реликтовое излучение появилось через 380 000 лет после Большого взрыва. И это самый древний свет, который мы можем детектировать с помощью телескопов. Но всё же есть способы изучить и более раннюю Вселенную.

Реликтовые нейтрино

Нейтрино отделились от вещества через секунду после Большого взрыва при температуре 10¹⁰ К (очень горячо). Сейчас их температура около 1,95 К. Это ниже, чем температура реликтового фона. Того самого, что в аналоговых телевизорах создаёт рябь при переключении каналов).

Напрямую их пока не поймали, они слишком слабо взаимодействуют с веществом. Но телескоп Planck обнаружил их влияние на реликтовое излучение. Как это работает: реликтовые нейтрино влияли на скорость расширения ранней Вселенной - чем больше типов частиц, тем быстрее расширение. Это изменило картину флуктуаций в реликтовом излучении, которую мы видим сегодня. Измерения дают Nₑff ≈ 3,15 ± 0,23 - это параметр "эффективное число типов нейтрино". Стандартная модель предсказывает ровно 3 типа (электронное, мюонное и тау-нейтрино). Измеренное значение 3,15 отлично согласуется с теорией - если бы существовал четвёртый тип нейтрино, число было бы около 4.

Установка PTOLEMY будет пытаться зарегистрировать реликтовые нейтрино через их взаимодействие с тритием. Если получится, то мы увидим Вселенную возрастом в одну секунду. Это куда лучше 380 000 лет).

Реликтовые гравитационные волны

Гравитационные волны - это колебания пространства-времени. Часть из них возникла во время инфляции (10⁻³⁶ – 10⁻³² секунды после Большого взрыва). Так рано я ещё не вставал).

В 2023 году обсерватории, наблюдающие пульсары, обнаружили синхронные отклонения в их сигналах. Эти отклонения соответствуют кривой Хеллингса-Даунса - такую картину могут создать только гравитационные волны.

Пульсары - это нейтронные звёзды, которые вращаются и посылают радиоимпульсы с точностью как атомные часы. Гравитационные волны слегка растягивают и сжимают пространство между нами и пульсарами, из-за чего импульсы приходят чуть раньше или позже. И вот одно из ключевых доказательств - это кривая Хеллингса-Даунса. Пульсары, расположенные под определённым углом друг к другу на небе, должны показывать определённую корреляцию задержек. Например, пульсары в противоположных частях неба показывают отрицательную корреляцию, а расположенные рядом - положительную корреляцию. Именно такую картину и обнаружили - это такая подпись, или отпечаток гравитационных волн. Источник этого пока не ясен. Возможно, это слияния сверхмассивных чёрных дыр или волны от самой инфляции.

Первичные чёрные дыры

В ранней Вселенной некоторые области были плотнее других. Они могли сколлапсировать в чёрные дыры за доли секунды после Большого взрыва. Через излучение Хокинга чёрные дыры массой меньше ~10¹⁵ грамм (масса небольшой горы) уже испарились бы к нашему времени. Крупные, массой от ~10¹⁷ грамм и выше, могли дожить до наших дней и стать частью тёмной материи. Их сейчас ищут через микролинзирование и гравитационные волны от столкновений. Вот эти проекты OGLE, EROS, MACHO.

Что это нам даёт

- Реликтовые нейтрино - информация о Вселенной возрастом 1 секунда
- Гравитационные волны - данные о процессе инфляции
- Первичные чёрные дыры - понимание формирования первых структур и природы тёмной материи

В общем, есть способы и возможности заглянуть за этот "энергетический экран" и узнать, что было раньше, чем 380 000 от Большого Взрыва.

Источники:

PTOLEMY Collaboration (2024), NANOGrav Collaboration (2023), Carr et al., Annual Review of Nuclear and Particle Science (2024)