Лунный спутник проникнет в тайны эпохи до рождения первых звёзд

Американское космическое агентство NASA в ближайшие годы запустит очень необычный спутник. Он позволит астрономам заглянуть в таинственную эпоху, когда во Вселенной ещё не зажглись звёзды.

Эхо первородной тьмы

Напомним, что Большой взрыв произошёл примерно 13,8 миллиарда лет назад. В первые мгновения после него новорождённая материя была чудовищно раскалённой. Но через 380 тысяч лет она остыла настолько, что атомные ядра и электроны объединились в атомы. 90% этих атомов состояли из одного протона и одного электрона, то есть были атомами водорода.

Под действием собственной гравитации вещество собиралось в сгустки, из которых со временем образовались первые звёзды. На это понадобились десятки или сотни миллионов лет (точную цифру назвать трудно).

Всю эту эпоху во Вселенной почти не было источников света (кроме, возможно, самых древних чёрных дыр). Поэтому космологи поэтично зовут её тёмными веками.

Заглянуть в тёмные века непросто. Астрономы изучают прошлое космоса, анализируя излучение, испущенное в далёкие эпохи и миллиарды лет добиравшееся до Земли. Но что могло быть источником излучения до появления первых звёзд и подавляющего большинства чёрных дыр?

Как минимум один такой источник есть. Это сам водород. Огромные массы газа, испускающие радиоволны длиной 21 сантиметр.

Наблюдения на этой длине волны – верный помощник астрономов уже многие десятилетия. Она настолько важна, что на ней запрещено радиовещание, чтобы не заглушать космический сигнал. Но монополия на эту длину волны, увы, никак не поможет астрономам заглянуть в тёмные века.

Дело в том, что Вселенная расширяется. Радиоволны, более 13 миллиардов лет назад имевшие длину 21 сантиметр, к сегодняшнему дню растянулись до нескольких метров. А на этих длинах волн земное радиовещание неизмеримо сильнее далёкого эха юности Вселенной.

«Ни один радиотелескоп на Земле в настоящее время не может окончательно измерить и подтвердить очень слабый сигнал нейтрального водорода из ранней Вселенной, потому что существует множество других сигналов, которые намного ярче», – отмечает Ричард Брэдли (Richard Bradley) из Национальной радиоастрономической обсерватории США.

Луна послужит естественным щитом, защищающим зонд от радиосигналов с Земли.
Иллюстрация NASA/JPL-Caltech/Jack Burns, Univ. of Colorado, Boulder.

Спрятаться за Луной

Поэтому астрономы решили буквально сбежать с Земли и спрятаться за Луной. Инженеры разместят антенну на зонде, который будет обращаться вокруг Селены. В моменты, когда между Землёй и аппаратом будет находиться наш огромный естественный спутник, ничто не помешает ему принимать слабые сигналы из прошлого Вселенной.

Проект носит название DAPPER. Это аббревиатура от словосочетания Dark Ages Polarimeter PathfindER («Поляриметр – исследователь тёмных веков»).

Миниатюрный аппарат (всего 80 сантиметров по большей стороне) будет принимать радиоволны длиной 8–17 метров. Вот как растянулись 21-сантиметровые волны за 13 миллиардов лет!

Специалисты NASA собираются запустить спутник с борта окололунной орбитальной станции Gateway. Она должна быть построена к 2024 году. Планируется, что основная миссия аппарата продлится 26 месяцев.

Тайны рассвета

У DAPPER есть и ещё одна цель. За тёмными веками последовал космический рассвет, когда вспыхнули первые звёзды. Молодые светила испускали много ультрафиолетовых лучей. Это повлияло на атомы межзвёздного водорода и заставило их активно поглощать фотоны реликтового излучения.

Несколько лет назад астрономы обнаружили странную вещь. Похоже, что газ в это время поглотил в несколько раз больше реликтовых фотонов, чем должен был. Этот неожиданный факт вызвал к жизни самые экзотичные теории, вплоть до идеи, что так проявила себя неуловимая тёмная материя.

Наблюдения DAPPER позволят проверить, действительно ли в момент космического рассвета с реликтовым излучением произошло нечто странное. Тем самым может разрешиться ещё одна волнующая загадка юной Вселенной.