Конец темных времен: когда во Вселенной появился свет

Сегодня электромагнитное излучение присутствует во всей наблюдаемой Вселенной. Но было время, когда излучения не существовало.
Конец темных времен: когда во Вселенной появился свет
JPL NASA

Сегодня общепринятой теорией формирования Вселенной является теория Большого Взрыва. Согласно ей, 13,799 ± 0,021 миллиардов лет назад сингулярное состояние с температурой порядка 1032 кельвинов и плотностью 1093 г/см3 начало расширяться, постепенно образуя привычную нам Вселенную. Меньше чем за секунду после создания Вселенная претерпела сразу несколько фазовых переходов. После первого этапа гравитационное излучение отделилось от вещества.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Затем примерно через 10−42 секунды после Большого Взрыва произошел фазовый переход, который вызвал экспоненциальное расширение пространства. Из-за такого расширения температура Вселенной начала падать. На третьем этапе температура стала достаточно низкой, чтобы могли сформироваться кварки — частицы, составляющие атомы — и глюоны — безмассовые частицы, которые переносят сильное взаимодействие. В то время Вселенная представляла собой скопление горячей кварк-глюонной плазмы.

После этого случился следующий фазовый переход, в результате которого кварки объединялись в барионы — достаточно массивные частицы с целым спином, такие как протоны и нейтроны. На этом же этапе формировались и античастицы — антинейтроны и антипротоны. Но существовать вместе частицы и античастицы не могут — при столкновении они аннигилируют. В результате аннигиляции две частицы превращаются в кванты гамма-излучения. Это и было первое излучение во Вселенной.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Однако распространяться на большие расстояния оно не могло из-за высокой плотности. Выделившиеся в результате аннигиляции кванты быстро сталкивались с другими частицами и поглощались ими. Только спустя 370 тысяч лет после Большого Взрыва, когда наступила эпоха рекомбинации, Вселенная стала прозрачной для излучения. Именно тогда появилось так называемое реликтовое излучение, которое равномерно заполняет Вселенную и имеет температуру в 2,7 кельвина. Его анализ помогает астрономам сегодня «заглядывать в прошлое».

Сегодня эпоха рекомбинации — самый ранний период эволюции Вселенной, который можно исследовать с помощью непосредственных наблюдений. Раньше этого времени свободно распространяющегося излучения просто не существовало.