Уперше в історії астрофізики використали наземні телескопи, аби зазирнути на 13 мільярдів років тому і побачити реліктове випромінювання – космічне мікрохвильове фонове випромінювання, відголос Великого вибуху. За допомогою телескопів у чилійських горах проєкт CLASS отримав чіткіше розуміння таємничої епохи космічного світанку.

За словами керівника проєкту Тобіаса Мерріджа, протягом багатьох років люди вважали, що це неможливо, і раніше спостерігати реліктове випромінювання вдавалося виключно з використанням космічних обсерваторій. Розвиток галузі астрономії сильно обмежений технологічними можливостями людства, і мікрохвильові сигнали космічного світанку надзвичайно важко вловити – навіть з космосу. Наземні обсерваторії мають ще більше обмежень, порівняно з космічними. Подолання цих обмежень робить результати проєкту CLASS надзвичайно визначним досягненням.

Космічне мікрохвильове фонове випромінювання є дуже слабким та низькоінтенсивним: його максимальна інтенсивність припадає на довжину хвилі 0,11 см, що дуже ускладнює його фіксацію. На Землі його додатково глушать та спотворюють як природні чинники, як-от зміни атмосфери, погода та коливання температури, так і штучні – радіохвилі, радари, супутники тощо. Отже, навіть за ідеальних для спостереження погодних умов вченим потрібне надзвичайно чутливе обладнання. Вчені проєкту Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) Національного наукового фонду розробили систему, яка використовує наземні телескопи, щоб ідентифікувати реліктове випромінювання за «відбитками», які в ньому залишили перші зірки космічного світанку.

Після Великого вибуху Всесвіт являв собою щільний туман електронів, з якого не могла вибратися енергія світла у вигляді фотонів. Поступово Всесвіт охолоджувався та розширявся, і з часом протони почали захоплювати електрони, утворюючи нейтральні атоми водню. Завдяки цьому мікрохвильове світло нарешті змогло рухатися вільніше. З утворенням перших зірок їхня енергія стала виривати електрони з атомів водню, іонізуючи їх, після чого фотони Великого вибуху зустрічали вивільнені електрони на своєму шляху та відхилялися від курсу, набуваючи поляризації. Саме ці «відбитки» впливу перших зірок на реліктове випромінювання допомагають астрофізикам досліджувати космічне мікрохвильове фонове випромінювання.

Коли сонячне світло відбивається від капота вашого автомобіля, ви бачите відблиск – це і є поляризація світла. Щоб краще бачити, водій може одягнути поляризовані окуляри, які усунуть відблиски з поля зору. Один з авторів дослідження пояснив, що проєкт CLASS дозволяє оцінити загальний вигляд Всесвіту та визначити, яка частина того, що ми бачимо, є, так би мовити, космічним відблиском світла, яке відбивається від капота космічного світанку. Дослідники проєкту оцінили ймовірність того, що фотон, який утворився ще в результаті Великого вибуху, зіткнувся з одним з вивільнених електронів, та порівняли сигнали, отримані з чилійських телескопів та космічних обсерваторій WMAP і Planck. Завдяки цьому вони змогли відфільтрувати перешкоди та отримати чисті дані, що відповідають поляризованим фотонам космічного мікрохвильового фону.

За словами дослідників, точне вимірювання сигналу реіонізації є дуже важливим для загального розуміння процесів Всесвіту. Для вчених Всесвіт – це велика лабораторія, отже, чим точніше астрофізики вимірюють її параметри, тим ліпше вони розуміють природу темної матерії, нейтрино та численних інших елементів, що наповнюють космос.