Внеземной. В поисках инопланетного разума - Ави Леб

Но если сфокусировать телескопы на галактике в 13 миллиардах световых лет от нас и зафиксировать испущенный ею свет – мы увидим Вселенную такой, какой она была 13 миллиардов лет назад. Заглянуть так далеко, в «темные века» Вселенной, в эпоху, когда конденсировались облака газа, из которых возникли потом первые звезды, – грандиозная научная задача. И это заставляет нас также задумываться о непостижимо гигантских временных мерках Вселенной. Сегодня люди живут в среднем примерно 73 года. Чтобы увидеть, как 13 миллиардов лет назад во Вселенной зажглись первые огни, нам нужно было бы прожить почти 180 миллионов жизней – идея тем более странная, если вспомнить о том, что планете Земля около 4,5 миллиардов лет, и, как считается, жизнь на ней существует только 3,8 миллиарда лет ее истории.

Всматриваясь во Вселенную, астрофизики непосредственно ощущают физическую необъятность космоса. Мы можем видеть свет, рожденный в далекой космической древности. Как будто бы мы оказались прямо посреди вселенских археологических раскопок. Чем дальше мы смотрим, тем древнее обнаруживаемые археологические слои. Это место раскопок космической истории простирается до границ видимой сферы вокруг нас, которая обозначает момент Большого взрыва, занимая пространство, которое свет преодолел за 13,8 миллиарда лет. Свету, рожденному за этой границей, для достижения Земли требуется больше времени, чем существует сама Вселенная, поэтому столь отдаленные регионы недоступны для нашего наблюдения.

Довольно самонадеянным было бы предполагать, что мы – это единственный разум в огромном космосе. Несмотря на то что жизнь в том виде, что мы знаем, и в том виде, что мы не знаем, может существовать на множестве других планет, кажется вероятным, что мы столкнемся с артефактами внеземных технологий еще до того, как установим контакт с какой-либо инопланетной разумной жизнью. Это необходимо держать в голове, пытаясь найти объяснение непонятным свойствам межзвездных объектов, таких как Оумуамуа.

* * *

Мои исследования по теме космического рассвета внесли свой вклад в возникновение нового научного направления, названного «21-сантиметровая космология». Это область радиоастрономии, занимающаяся построением трехмерных карт Вселенной при помощи измерений радиоизлучения атомарного водорода, которое изначально происходит на длине волны 21 сантиметр, но со временем претерпевает допплеровское растяжение из-за расширения космоса.

Можно вспомнить, что это тот же метровый частотный диапазон, который люди заполнили радиошумом своих телевизоров, приемников, мобильных телефонов и компьютеров, – это озарение вдохновило нас с Матиасом Залдарриагой задуматься: будут ли и другие развитые цивилизации излучать такой же шум? Но в самом начале мой интерес к излучению на волне в 21 сантиметр был вызван тем, что с его помощью было возможно заглянуть в такое далекое прошлое, когда еще не могло быть никаких цивилизаций. На том этапе своей карьеры я охотился не на пришельцев, я охотился на водород.

После того как случился Большой взрыв, водород был самым распространенным элементом во Вселенной, занимая первое место с большим отрывом: ранняя Вселенная на 92 % состояла из атомов водорода и на 8 % – из атомов гелия. Но в то время водород во Вселенной еще не излучал никаких радиосигналов, которые можно было бы зафиксировать сегодня. Причина в том, что сразу после Большого взрыва подавляющее большинство обычного вещества Вселенной, а именно водорода, было в ионизированном состоянии.

Нейтральный атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Но при высоких температурах и под воздействием ультрафиолетовой радиации они разделяются (ионизируются): атом водорода теряет свой электрон и существует как одиночный положительно заряженный протон. Это меняет свойства водорода, если конкретнее, тип излучаемого им радиосигнала. Электрон, когда он связан в нейтральном атоме водорода, может перескакивать между энергетическими состояниями, высшим и низшим, испуская при этом переходе фотон, безмассовую частицу – в виде радиоволны длиной (в данном случае) 21 сантиметр. Но ионизированный водород лишен своего электрона, поэтому этого делать не может.

Примерно спустя 380 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная остыла настолько, что электроны и протоны смогли соединиться в нейтральные атомы водорода, и с этого момента должны излучаться первые фотоны, имеющие характерную сигнатуру водорода – длину волны в 21 сантиметр, – которые мы можем начать искать. В течение сотен миллионов лет атомы водорода оставались нейтральными, электроны в них перескакивали между своими более высокими и низкими энергетическими уровнями, излучая характерные волны, – и так вплоть до эпохи образования звезд, а затем и галактик, когда водород во Вселенной снова перешел в ионизированное состояние.

Звезды излучают не только видимый свет, они испускают, в частности, ультрафиолетовую радиацию, способную расщепить атом водорода на составные части – электрон и протон. Когда зажглись первые звезды, они повторно ионизировали нейтральный атомарный водород во Вселенной. Это не произошло мгновенно, это была эпоха, долгий период, когда ультрафиолетовый свет от самых первых звезд и черных дыр расщеплял темный туман нейтрального водорода Вселенной на протоны и электроны. Это изменение химии Вселенной подсказывает астрофизикам, какие данные они должны в связи с этим искать – отсутствие излучения длиной волны 21 сантиметр. Ионизированные атомы водорода не излучают эти радиосигналы, а нейтральные – излучают.

Таким образом, время исчезновения излучения на волне в 21 сантиметр является временем возникновения звезд. Подобно знаменитой истории о Шерлоке Холмсе и собаке, которая не лаяла, эта научная загадка стала делом о водороде, который больше не излучал на волне 21 сантиметр.

Пока я пишу эти строки, сбор данных, которые должны помочь нам точно узнать, когда именно начали сиять первые звезды, продолжается. В Южной Африке с помощью радиотелескопа с антенной-решеткой «Телескоп эпохи реионизации водорода» (Hydrogen Epoch of Reionization Array, HERA) сейчас проводятся измерения излучения длиной волны 21 сантиметр времен ранней Вселенной. Космический телескоп Хаббла недавно обнаружил галактику, которая возникла всего через 380 миллионов лет после Большого взрыва. Ожидается, что планируемый в 2021 году к запуску на орбиту космический телескоп Джеймса Уэбба – несколько десятилетий назад я сам работал в первой научной консультативной группе этого проекта – сможет найти галактики из еще более ранних времен. В стадии разработки находятся 24,5-метровый телескоп «Гигантский Магеллан», Тридцатиметровый телескоп, Европейский чрезвычайно большой телескоп – с диаметром апертуры 39 метров.

Мы только начинаем обрабатывать данные, полученные в ходе этих исследований, только начинаем понимать детали процесса рождения первых звезд. И это знание, когда мы его получим, будет иметь непосредственное отношение к вопросу существования в космосе иных разумных видов, помимо нашего. Если Оумуамуа – артефакт инопланетной технологии, то его разработчики почти наверняка должны были заглянуть в туманное прошлое нашей общей Вселенной и аналогичным образом извлечь данные из