Poprvé v historii pozorovali astronomové pomocí teleskopu na Zemi polarizované mikrovlnné záření z nejranějšího období vesmíru. Jejich pozorování jim mohou pomoci lépe pochopit, jak se vesmír vyvíjel.
Poprvé vědci pomocí pozemských teleskopů spatřili kosmický úsvit – éru před více než 13 miliardami let, kdy světlo prvních hvězd začalo měnit podobu našeho vesmíru.
Zbývající světlo této dávné éry má vlnovou délku několik milimetrů a je extrémně slabé, což znamená, že ačkoli kosmické observatoře dokázaly nahlédnout do něj, signál je rušen elektromagnetickým zářením v zemské atmosféře, než pozemské teleskopy stačí zachytit primární světlo.
Nyní však pomocí speciálně vyvinutého dalekohledu objevili vědci z projektu Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) stopy zanechané prvními hvězdami v pozadí světla Velkého třesku. Své závěry zveřejnili 11. června v časopise The Astrophysical Journal.
„Lidé si mysleli, že to ze Země není možné,“ řekl Tobias Marridge, spoluautor studie, vedoucí projektu CLASS a profesor fyziky a astronomie na Johns Hopkins University, ve svém prohlášení. „Astronomie je oblast poháněná technologiemi a mikrovlnné signály z kosmického svítání jsou známé tím, že je obtížné je měřit. Pozorování ze Země přináší další problémy ve srovnání s pozorováním z vesmíru. Překonání těchto překážek činí z tohoto měření velký úspěch.“
Observatoř CLASS se nachází v nadmořské výšce 5138 metrů v Andách v poušti Atacama na severu Chile. Dalekohled, který byl poprvé uveden do provozu v roce 2016, je nastaven na pozorování oblohy na mikrovlnných frekvencích. Kromě mapování 75 % noční oblohy umožňuje bezprecedentní citlivost dalekohledu přijímat mikrovlnné signály z kosmického úsvitu nebo z prvních miliard let existence vesmíru.
Během prvních 380 000 let po Velkém třesku byl vesmír vyplněn mrakem elektronů tak hustým, že jím nemohlo projít světlo. Nakonec se však náš vesmír rozšiřoval a ochlazoval a elektrony byly zachyceny protony, čímž vznikly atomy vodíku.
Tyto atomy vodíku nejen umožňovaly světlu s vlnovou délkou v mikrovlnném rozsahu volně se pohybovat a vyplňovat prostor kosmickým mikrovlnným pozadím (CMB), ale také tam, kde bylo dostatečně husté, způsobovaly jeho kolaps pod vlivem gravitace a vznícení, čímž vznikly první hvězdy. Světlo z těchto hvězd pak znovu ionizovalo kapsy nesvázaného vodíkového plynu a rozdělilo jejich elektrony tak, že některé z nich se srazily se světlem z CMB a polarizovaly ho.
Signál z této polarizované části reliktního záření je klíčovým prvkem kosmologické hádanky; bez něj zůstává náš obraz raného vesmíru rozmazaný.
Ačkoli předchozí kosmické dalekohledy, jako například sonda Wilkinsonova mikrovlnná anizotropie (WMAP) NASA a kosmický dalekohled Planck Evropské kosmické agentury částečně zaplnily tuto mezeru, jejich snímky byly šumivé a protože se jednalo o satelity, nebylo možné je po vypuštění na oběžnou dráhu nastavit a vylepšit.
„Přesnější měření tohoto signálu reionizace je významným úspěchem ve studiu kosmického mikrovlnného pozadí,“ uvedl ve svém prohlášení spoluautor Charles Bennett, profesor fyziky na Johns Hopkins University a vedoucí mise WMAP.
Pro provedení těchto pozorování vědci porovnali data z teleskopu CLASS s daty z misí Planck a WMAP a odhalili společný signál polarizovaného mikrovlnného záření.
„Pro nás je vesmír jako fyzikální laboratoř. Přesnější měření vesmíru nám pomohou upřesnit naše chápání temné hmoty a neutrin, hojných, ale nepolapitelných částic, které vyplňují vesmír,“ dodal Bennett. „Analýzou dalších dat CLASS v budoucnu doufáme, že dosáhneme maximální možné přesnosti.“
