ALMA подтверждает, что молодая Вселенная была горячее

Вселенная хранит в себе главную летопись своей эволюции — реликтовое излучение, холодное свечение самого Большого взрыва. Это не просто эхо космического рассвета, а уникальная лента времени, температура которой позволяет заглянуть в самые ранние эпохи молодой Вселенной.

Согласно фундаментальному предсказанию стандартной космологической модели, по мере углубления в прошлое температура этого излучения должна плавно расти, увеличиваясь пропорционально фактору (1 + z), где z — красное смещение. Долгие годы астрономы собирали по крупицам доказательства этого предсказания, и новое исследование, основанное на данных обсерватории ALMA, предоставляет самое веское на сегодняшний день подтверждение.

Международная команда ученых под руководством исследователей из Университета Кэйо совершила прорыв, выполнив рекордно точное измерение температуры реликтового излучения в эпоху, когда возраст Вселенной составлял примерно половину ее нынешнего возраста.

Проанализировав архивные данные ALMA, полученные при наблюдении квазара PKS1830−211, астрофизики смогли «измерить температуру» космоса на красном смещении z = 0,89, что соответствует моменту 7 миллиардов лет назад. Уникальность метода заключалась в использовании молекулярного поглощения в галактике, расположенной на линии зрения к далекому квазару.

Молекулы в этой галактике-линзе действуют как высокочувствительные термометры: их населенность на различных энергетических уровнях напрямую зависит от температуры окружающего их реликтового излучения. Анализируя спектральные линии поглощения молекул монооксида углерода и формил-иона, ученые определили, что температура реликтового фона в ту эпоху составляла 5,13 ± 0,06 Кельвина.

Это значение, которое почти вдвое превышает современную температуру реликтового излучения, равную 2,7 Кельвина, находится в превосходном согласии с предсказанием модели Большого взрыва. Полученная точность в 0,06 Кельвина делает это измерение самым надежным из всех, когда-либо проводившихся для промежуточных красных смещений. Данный результат имеет далеко идущие последствия для космологии.

Во-первых, он представляет собой одну из самых строгих наблюдательных проверок стандартной модели, блестяще подтверждая ключевой аспект тепловой истории Вселенной — ее остывание по мере расширения. Во-вторых, столь высокая точность измерения накладывает жесткие ограничения на возможные экзотические физические процессы, которые могли бы вносить дополнительный вклад в нагрев межгалактической среды или искажать спектр реликтового излучения на различных этапах космической эволюции.

Публикация этих результатов в авторитетном журнале The Astrophysical Journal знаменует собой важную веху в наблюдательной космологии. Работа демонстрирует, как современные астрономические инструменты, такие как ALMA, позволяют не просто изучать отдельные объекты, но и проводить прецизионные измерения глобальных параметров Вселенной в ее далеком прошлом.

Это достижение открывает дорогу для еще более точных измерений температуры реликтового излучения на других красных смещениях, что, в конечном счете, поможет составить детальную карту тепловой эволюции вселенной и еще глубже понять законы, управляющие ее развитием.