Гамма-всплески как зеркало ранней Вселенной

В начале начал Вселенная была безвидна и пуста, и тьма над бездною — ни одна звезда или галактика не освещала пространство, в основном заполненное нейтральным газообразным водородом. Ученые надеются пролить свет на темный период развития Вселенной и уточнить, когда именно он кончился, изучая так называемые гамма-всплески — наиболее яркие события во Вселенной, происходящие за миллиарды световых лет от Земли, масштабные выбросы энергии, по всей видимости, испускаемой во время вспышек сверхновых и при слиянии двойных нейтронных звезд.

В наше время большая часть водорода в межгалактическом пространстве реионизи-рована излучением звезд и галактик. Считается, что эпоха реионизации длилась в период от 150 млн лет до 800 млн лет после Большого взрыва. Более точно о прошлом Вселенной можно судить по тому, какой была доля нейтрального водорода на разных этапах ее развития.

Первый путь — регистрировать 21-сантиметровое излучение, испускаемое нейтральным водородом. Однако способные на это радиотелескопы пока не настолько точны, чтобы заглядывать далеко в прошлое нашего мира. Другой вариант — изучать, как нейтральный водород поглощает излучение квазаров (сокращение от англ. quasistellar radiosource — похожий на звезду радиоисточник). Однако загвоздка в том, что квазары обычно как раз ионизируют газ поблизости. Кроме того, они расположены в больших галактиках, что затрудняет их наблюдение.

Третий путь состоит в изучении гамма-всплесков. С земли гамма-всплеск выглядит как вспышка гамма-лучей, длящаяся минуты или секунды, за которой следует продолжительное послесвечение на больших длинах волн. Оно также позволяет обнаружить нейтральный водород в окрестностях всплеска. В отличие от квазаров, гамма-всплески наблюдаются в небольших галактиках или совсем вне галактик, поэтому их излучение уловить гораздо легче.
Именно по третьему пути пошел Томонори Тотани (Tomonori Totani) и его коллеги из Токийского университета. Результаты их исследования будут опубликованы в июне в журнале Publications of the Astronomical Society of Japan.

В фокусе их внимания оказался гамма-всплеск GRB 130606A, обнаруженный в июне прошлого года орбитальной обсерваторией Swift (совместный проект США, Италии и Великобритании). Событие зафиксировали телескопы по всему миру, в том числе японский телескоп Субару на Гавайях, измеривший спектр послесвечения гамма-всплеска. Его красное смещение составило 5,913 — иными словами, вспышка звезды произошла, когда Вселенная была в семь раз меньше нынешней и ее возраст составлял около миллиарда лет.

Проанализировав спектр гамма-всплеска, исследователи подсчитали, что вблизи него нейтральный водород составляет 10% межгалактического газа. Несколько лет назад похожие данные дал анализ излучения квазара с красным смещением 7,1 — оно позволяет заглянуть во Вселенную спустя 770 миллионов лет после Большого взрыва. Однако выводы ученых требуют дальнейшего уточнения.

Томонори Тотани отмечает, что яркие гамма-всплески с большим красным смещением фиксируются крайне редко, однако положение дел в следующее десятилетие может поправить новое поколение оптической техники — Тридцатиметровый телескоп на Гавайях, который планируют открыть не раньше 2021 года, и Европейский чрезвычайно большой телескоп в Чили, который должен вступить в строй в 2022 году.

Алексей Огнёв