Чёрные дыры не торопились разогревать Вселенную

Реионизация была не столь эффективной, но при этом произошла быстрее, чем считалось.

Астрономы во главе с Реннаном Барканой (Rennan Barkana) из Тель-Авивского университета (Израиль) добились серьёзного успеха в космической археологии: по их мнению, Вселенная была разогрета значительно позже.

Сразу после резкого расширения Вселенной наполнявший её газ быстро охладился, а затем нагрелся вновь. Этот процесс известен вам как реионизация. Значительную роль в этом событии, кроме ультрафиолетового излучения первых звёзд, могли сыграть ранние парные системы «звезды — чёрная дыра», в которых вещество светила притягивалось и поглощалось чёрной дырой, предварительно стремительно разогреваясь в аккреционном диске и излучая в рентгеновском диапазоне. Именно это излучение, как предполагается, вместе со звёздным ультрафиолетом и подогрело вторично газ, наполнявший космос.

Такие пары «ЧД — звезда», как считалось, должны были создать островки реионизированного газа во всё ещё тёмной Вселенной. (Иллюстрация NASA / CXC.)

Но когда именно это случилось? До сих пор считалось, что нагрев начался довольно рано — едва ли не через 150 млн лет после Большого взрыва. На этом основании был сделан вывод, что сами события нагрева газа нельзя обнаружить напрямую, ведь наблюдать столь удалённые районы непосредственно пока не удаётся. При этом предполагалось, что начало нагрева можно отследить по резким флуктуациям в излучении рассеянного в космосе водорода. Однако проведённое моделирование показало, что в действительности картина будет слегка иной.

В частности, проанализировав спектр рентгеновского излучения близких пар «чёрная дыра — звезда», астрономы пришли к выводу, что подогрев подобными объектами космического газа будет не столь быстрым и эффективным, как считалось, — а значит, по сути, такой нагрев должен был случиться позже, чем утверждала предшествующая теория. По мнению авторов работы, заметным он стал не ранее чем через 400 млн лет после Большого взрыва. Пары «ЧД — звезда» вовсе не образовывали ионизированных пузырей газа, окружённых ещё не ионизированными участками, а, напротив, постепенно нагревали весь газ, из-за чего реионизация на больших масштабах стала заметна только в конце этой эпохи, а не вскоре после её начала.

С одной стороны, менее значительные флуктуации — это плохо, так как отследить их радиотелескопами несколько сложнее. С другой — поскольку нагрев газа случился позже, его следы можно найти в менее удалённых от земных телескопов районах Вселенной. А значит, наблюдать их будет в чём-то даже проще.

Картина реионизации по прежним моделям (вверху) и по новой (внизу). (Иллюстрация Rennan Barkana et al.)

Отдельно стоит заметить, что более поздний вторичный нагрев газа заставляет в очередной раз скорректировать оценки скорости первичного звездообразования и формирования первых галактик: сегодня уже известны галактики, существовавшие буквально через сотни миллионов лет после Большого взрыва, и в случае позднего вторичного нагрева газа они должны были развиваться с сумасшедшей скоростью, так как на медленное формирование у них просто не хватило бы времени.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Ars Technica.