Нейтрино — шпионы из прошлого? Эти частицы могли «сбежать» из непрозрачной Вселенной раньше света. Теперь их ищут.

Во вселенной всё началось стремительно. За доли секунды после Большого взрыва из квантового хаоса родились элементарные частицы, затем появились ядра водорода и гелия, а колебания плотности вещества и энергии заложили структуру будущих галактик и сверхмассивных чёрных дыр. Однако весь этот ранний этап остаётся для нас недоступным — он скрыт за непроницаемым горизонтом времени.

Астрономы могут заглянуть лишь в тот период, когда космосу исполнилось примерно 380 тысяч лет. До этого момента пространство было раскалено настолько, что свет не мог свободно распространяться — фотоны непрерывно сталкивались с заряжёнными частицами. В результате наблюдателю из XXI века виден только «отголосок» — реликтовое излучение, остаточное свечение молодой вселенной, охлаждённое за миллиарды лет до слабых микроволновых колебаний. За этим фоном скрываются события, определившие облик космоса, но напрямую их увидеть невозможно.

Несмотря на то что эпоха до появления реликтового излучения остаётся запретной зоной, учёные продолжают искать обходные пути. Два недавних исследования показывают, как можно косвенно получить данные о тех первых мгновениях бытия.

Первая работа предлагает искать следы древней активности во вселенной при помощи рентгеновских наблюдений. Вопреки распространённому представлению, Большой взрыв не был единичным взрывом в пустоте — это было стремительное расширение самого пространства-времени. На его ранних стадиях локальные колебания плотности могли вызывать отдельные вспышки — миниатюрные взрывы внутри уже растущего космоса. Эти микрособытия, по расчётам, стали зародышами будущих сверхмассивных чёрных дыр и источниками мощных потоков элементарных частиц.

В зонах таких вспышек рождались пары материи и антиматерии — электроны и позитроны. При их взаимодействии возникали рентгеновские кванты и другие фотоны высокой энергии. Наряду с известным микроволновым фоном существует и рентгеновский фон, хотя его происхождение имеет иное объяснение — он создаётся множеством астрофизических процессов, происходивших уже после формирования звёзд и галактик. Тем не менее, если в общем равномерном рентгеновском фоне удастся обнаружить слабые отклонения, это может указывать на древние следы тех самых ранних микровзрывов. Для этого понадобятся телескопы нового поколения и длительные серии наблюдений, способные различить мельчайшие пики на фоне мягкого рентгеновского излучения.

Вторая работа, опубликованная в The Astrophysical Journal, рассматривает другой возможный источник информации — нейтрино. В ходе тех же вспышек вместе с электронами и позитронами должны были рождаться нейтрино с крайне высокой энергией. Эти частицы почти не взаимодействуют с веществом, поэтому способны покидать плотные области пространства раньше, чем свет.

Аналогичный эффект наблюдался в 1987 году, когда нейтрино от сверхновой SN 1987A достигли Земли немного раньше её светового сигнала. Нейтрино покинули звёздное ядро ещё до того, как вспышка окончательно оформилась. По аналогии, если в первые сотни тысяч лет существовали мини-взрывы, их нейтринные потоки могли прорваться сквозь «стену» непрозрачной плазмы и распространиться по вселенной задолго до того, как свет получил ту же возможность, как это описано в статье о массе нейтрино.

Теоретически, наблюдая распределение космического нейтринного фона, можно было бы уловить отдельные пики, не совпадающие с привычными астрофизическими источниками. Они стали бы свидетельством тех ранних бурь, предшествовавших моменту, когда пространство впервые стало прозрачным. Но существует серьёзное ограничение: современные приборы фиксируют лишь считанные нейтрино за всё время наблюдений. Их крайне слабое взаимодействие с материей делает задачу колоссально сложной. Пока нет детекторов, способных различить структуру нейтринного фона во всех деталях.

Тем не менее исследователи уверены, что технологический прогресс рано или поздно позволит заглянуть глубже, чем когда-либо прежде. За гранью наблюдаемого света скрыта богатейшая хроника — история первых вспышек, чьи отголоски до сих пор шепчут в рентгеновских и нейтринных тенях космоса.