Учені розповіли, чи існувало світло на самому початку Всесвіту: все не так просто

Зараз ми можемо бачити, як світло зірок пронизує весь Всесвіт. Але чи світило світло на початку Всесвіту до того, як народилися зірки? Коротка відповідь — ні. Але довга відповідь розкриває надзвичайну подорож світла. Спочатку світло раннього Всесвіту перебувало в пастці і знадобилося кілька сотень тисяч років, щоб воно могло вирватися. Потім знадобилося близько 100 мільйонів років, щоб утворилися перші зірки, які заповнили своїм світлом Всесвіт, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Як з'явилися фотони, частинки світла?

Нині астрономи знають, що Всесвіт приблизно 13,8 млрд років тому був сконцентрований в одній нескінченно щільній точці, а потім стався Великий вибух, який призвів до появи простору-часу. Простір одразу ж почав розширюватися на всі боки і таким чином з'явився Всесвіт, який ми знаємо, каже астрофізик Ендрю Лейден з Університету штату Огайо в Боулінг-Грін.

Уся матерія, з якої зараз складається Всесвіт, могла поміститися в крихітній точці, тільки тому, що вона була в той час енергією. Знамените рівняння Ейнштейна E=mc2 показало, що енергія і маса можуть бути взаємозамінними, пояснив Лейден.

У міру розширення Всесвіту щільність його енергії зменшувалася, і він охолоджувався. Потім протягом першої секунди після Великого вибуху почали формуватися перші частинки. До них належать фотони, з яких складається світло, а також протони, нейтрони та електрони, з яких складаються атоми. Приблизно через три хвилини після Великого вибуху протони і нейтрони почали зливатися разом, створюючи ядра атомів водню і гелію.

Світло перебувало в пастці сотні тисяч років

Хоча фотони існували з першої секунди після Великого вибуху, вони ще не могли світити по всьому Всесвіту. Річ у тім, що ранній космос був настільки гарячим, що електрони рухалися занадто швидко, щоб ядра атомів могли утримувати їх на орбіті навколо себе.

За словами Лейдена, коли світло намагалося рухатися по прямій у той час, воно завжди стикалося з вільними електронами, тому не могло відлетіти занадто далеко. По суті світло перебувало в пастці.

Схожа ситуація спостерігається всередині Сонця, каже космолог Шрінівасан Рагхунатхан з Університету штату Іллінойс в Урбан-Шампейн. Центр Сонця надзвичайно гарячий, тому там багато вільних електронів. Це означає, що світло не може рухатися по прямій.

Відстань від центру Сонця до поверхні зірки становить приблизно 696 000 кілометрів. Швидкість світла у вакуумі становить приблизно 300 000 км/с), але на Сонці світлу потрібно близько 1-2 мільйонів років, щоб вирватися з центру зірки на її поверхню.

Але приблизно через 380 000 років після Великого вибуху розширення Всесвіту дозволило космосу достатньо охолонути, щоб ядра атомів могли утримувати електрони на орбіті навколо себе. Це сталося за температури приблизно 2725 градусів Цельсія. Таким чином Всесвіт став прозорішим і світло змогло вільно переміщатися. Тобто фотони вирвалися зі своєї пастки.

Світло Великого вибуху

У ту ранню епоху космосу світло існувало в діапазоні довжин хвиль від ближнього інфрачервоного до видимого світла, каже Лейден. Але, оскільки космос розширювався протягом понад 13 мільярдів років і охолоджувався до середньої температури мінус 270 градусів Цельсія, перше світло Всесвіту розтягнулося до довших мікрохвильових довжин хвиль. Зараз це світло, виявлене 1964 року, відоме, як реліктове випромінювання і є залишковим світлом Великого вибуху.

Аналіз реліктового випромінювання дав змогу виявити, що гравітаційне тяжіння галактик може спотворювати світло. Це явище відоме, як гравітаційне лінзування. Вивчення ступеня спотворення, якого зазнало реліктове випромінювання в різних частинах космосу, може допомогти вченим реконструювати великомасштабну структуру Всесвіту, каже Рагхунатхан.

Після того, як було випущено світло від Великого вибуху, Всесвіт пережив період, відомий як космічні темні віки. Зрештою, через 100 мільйонів років, гравітаційне тяжіння хмар газу змусило ці згустки матерії стиснутися в самих себе. Таким чином були створені перші зірки, які стали частиною перших галактик. Вони заповнили своїм світлом Всесвіт і почався космічний світанок, каже Лейден.

Як уже писав Фокус, Всесвіт не такий як ми думаємо. Дослідження припускає, що чорні діри — це місце народження нових Всесвітів, за допомогою яких можна зазирнути в інший світ із зовсім іншою фізикою. Також учені вважають, що Всесвіт насправді обертається, що дає можливість розкрити таємницю темної енергії, яка відповідає за прискорене розширення космосу.