Исследование ранней Вселенной с помощью инструмента TIME
Ранняя Вселенная и галактики, существовавшие в тот период, остаются загадочной областью, скрытой за завесой времени. Свет, который удается расшифровать с помощью современных телескопов, оказывается тусклым и нечетким, с красным смещением, почти неузнаваемым. С запуском мощного космического телескопа JWST наблюдения позволили лучше понять некоторые аспекты этого света, прошедшего через миллиарды лет. Однако ученые жаждут большего, и именно поэтому был разработан новый инструмент — Tomographic Ionized-carbon Mapping Experiment (TIME).
ПРИНЦИП РАБОТЫ TIME
TIME установлен на 12-метровом радиотелескопе обсерватории Китт Пик в Аризоне. Он использует новый подход, известный как картографирование интенсивности линий (line-intensity mapping, LIM). Вместо того чтобы сосредоточиться на отдельных галактиках, LIM собирает свет множества галактик одновременно, что особенно актуально, когда отдельные объекты слишком тусклые для разрешения. Инструмент фокусируется на специфических спектральных эмиссионных линиях, что в конечном итоге поможет астрономам понять, как меняется космологическая структура со временем.
TIME начал свою работу в 2021-2022 годах, и исследователи уже опубликовали первые результаты в статье «TIME Commissioning Observations. I. Mapping Dust and Molecular Gas in the Sgr A Molecular Cloud Complex at the Galactic Center». Главным автором является Селина Янг, аспирантка физического факультета Корнеллского университета.
ЭПОХА РЕИОНИЗАЦИИ
TIME нацелен на одну из самых значительных эпох в истории космоса — Эпоху реионизации (Epoch of Reionization, EoR). Этот период характеризуется тем, что первые звезды и галактики ионизировали межгалактическую среду (IGM), что привело к значительному изменению состояния водорода. Он перешел из нейтрального состояния в ионизированное, что сделало Вселенную полупрозрачной и дало возможность свету свободно перемещаться по космосу.
В рамках работы TIME изучаются эмиссионные линии угарного газа (CO), что позволяет картографировать распределение водорода и процессы звездообразования в ранней Вселенной. «Вместо того чтобы изолировать каждую отдельную галактику, TIME измеряет общее свечение от множества галактик одновременно», — отмечает Янг.
ПРОЦЕСС ОБСЕРВАЦИИ
Первые предварительные результаты были получены в ходе наблюдений за объектом Стрелец А (Sgr A), находящимся в центре нашей галактики. «Мы проводим обработку наблюдений Sgr A с помощью TIME для проверки возможностей гиперспектральной съемки, которые будут необходимы для будущего картографирования интенсивности линий», — комментируют авторы исследования.
Измерив газ в Sgr A и сравнив результаты с данными, полученными другими методами, исследователи смогли проверить качество работы TIME. Даже при отсутствии возможности различить отдельные галактики, TIME может оценивать концентрацию различных молекул за счет их уникальных свойств, что похоже на считывание штрихкодов на товарах.
«Мы можем анализировать спектр света, выделить уникальные штрихкоды и определить, какова каждая молекула и где она сосредоточена во Вселенной», — объясняет Янг, добавляя, что это важно для изучения раннего звездообразования.
ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ
TIME сосредоточил наблюдения на трех регионах возле галактического ядра: Циркункулярном Диске (Circumnuclear Disk, CND) и паре газовых облаков, представляющих интерес для исследования ранних галактик. Надежность полученных данных была продемонстрирована при сравнении с предыдущими наблюдениями.
Авторы отметили, что результаты TIME успешно воспринимаются как на уровне данных спектральных линий, так и на уровне затухаемых сигналов, что подтверждает готовность инструмента к предстоящим экстрагалактическим исследованиям.
TIME открывает новые горизонты для изучения формирования звезд и эволюции галактик, и эксперименты с ним могут значительно изменить наше восприятие ранней Вселенной.
