Всматриваться в глубины космического пространства в буквальном смысле означает смотреть сквозь время, и чем на большее расстояние проникает наш взгляд, тем длиннее становится промежуток времени, разделяющий нас и наблюдаемые события. Недавно астрономам из Массачусетского технологического института и Аризонского университета удалось заглянуть аж во времена «космического рассвета», во времена, когда во Вселенной только начали зажигаться первые звезды. На это указывает чрезвычайно слабый сигнал, спектральные характеристики которого соответствуют спектральным характеристикам водорода, а датируются эти сигналы моментом времени в 180 миллионов лет спустя момента Большого Взрыва, момента рождения Вселенной.

В первые годы своего существования Вселенная была очень темным и очень холодным местом. Во Вселенной тогда еще не существовало ни звезд, ни других источников света и энергии, поэтому газообразный водород, который заполнял пространство, был фактически неразличим на фоне излучения, произведенного в момент Большого Взрыва.

С течением времени в космосе начали образовываться уплотнения материи, которые росли до тех пор, пока высокое давление в их центральных областях не дало толчок началу процесса термоядерного синтеза. Это, в свою очередь, привело к формированию первых звезд, которые, словно маяки, начали освещать Вселенную, а производимый ими ультрафиолетовый свет начал возбуждать атомы окружающего их газообразного водорода. Получая энергию извне, эти атомы водорода начали излучать собственные радиоволны, имеющие четкую спектральную подпись, и именно первые из этих радиоволн удалось впервые зарегистрировать ученым-астрономам.

Как уже упоминалось выше, астрономам удалось по определенным признакам вычислить время формирования зарегистрированного ими «водородного» сигнала, который был излучен 13.6 миллиардов лет назад. Это делает данный сигнал самым древним сигналом, когда-либо зарегистрированным людьми. Отметим, что радиотелескопу ALMA, в самые первые периоды его функционирования, удалось уловить сигнал от облака космического газа, который был излучен 800 миллионов лет спустя момента Большого Взрыва. Позже «планка древности» сигнала была поднята астрономами из университета имени Джонса Хопкинса до 500 миллионов лет, а обладателем абсолютного рекорда в этой области до последнего времени являлся космический телескоп Hubble, который «увидел» свет, излученный спустя 400 миллионов лет после Большого Взрыва.

Сигнал, излученный через 180 миллионов лет после Большого Взрыва, был зарегистрирован при помощи оборудования эксперимента Detect Global Epoch-of-Reionization Signature (EDGES), небольшой антенны, размер которой сопоставим с размерами письменного стола. Для того, чтобы устранить влияние любых техногенных и антропогенных факторов, этот невероятно чувствительный инструмент был установлен в середине одной из самых малонаселенных областей Австралии, в сотнях километров от любых искусственных источников радиоизлучения.

Нейтральный водород излучает сигнал на частоте 1 420 МГц, но, благодаря ускоряющемуся расширению Вселенной и связанному с этим Допплеровскому эффекту частота этого сигнала снижается. Ранее считалось, что водородный сигнал от первых звезд, достигнув Земли, будет иметь частоту порядка 100 МГц. И оборудование эксперимента EDGES было настроено на прием сигналов в диапазоне от 100 до 200 МГц. Однако, на первых этапах эксперимента не было зарегистрировано никаких сигналов и ученые произвели повторные перерасчеты, обнаружив одно несоответствие. Ожидаемая частота сигнала в 100 МГц могла быть получена при условии значительного нагрева водородного газа по отношению к окружающей среде. Произведенный перерасчет дал ученым в руки несколько иной диапазон, с учетом реальных условий (температуры водорода) частота искомого сигнала должна лежать в диапазоне от 50 до 100 МГц.

«Как только мы переключили нашу систему на более низкочастотный диапазон, мы сразу начали видеть сигналы, несущие реальную водородную подпись» — пишут исследователи, — «Передний фронт полосы этих сигналов наблюдается на частоте 78 МГц, что согласно нашим расчетам соответствует времени в 180 миллионов лет спустя момента Большого Взрыва. И это является самым древним радиосигналом, зарегистрированным за всю историю науки».

Такая коррекция полосы водородного сигнала поднимает некоторые интересные вопросы. Это указывает на то, что Вселенная в то время была в два раза более холодной, нежели считалось ранее, ее средняя температура не превышала -270 градусов по шкале Цельсия. Ученые не знают, что привело к охлаждению пространства и содержащейся в ней материи до столь низкой температуры, но предполагают, что этим «охлаждающим фактором» может быть взаимодействие обычной материи с таинственной темной материей, которая в те времена еще имела несколько отличные свойства от свойств темной материи, которая существует в современной Вселенной.