Американський астрофізик знайшов процес, характеристики якого можуть допомогти дослідити Всесвіт в епоху появи перших зірок і галактик. Так звані індуковані швидкістю акустичні коливання в речовині повинні породжувати просторові варіації в поглинанні водню, які можна використовувати для оцінки темпу розширення Всесвіту, пише автор у двох роботах в і.
Відразу після Великого вибуху Всесвіт являв собою гарячу кварк-глюонну плазму, яка остигала по мірі розширення простору. З неї з'явилися всі частинки, що складають видиму матерію. Коли температура знизилася достатньо для об'єднання протонів і електронів в атоми, то матерія перейшла в нейтральний стан (рекомбінувала), а випромінювання відокремилося від неї - воно спостерігається сьогодні у вигляді мікрохвильового фону. Це сталося через 380 тисяч років після Великого вибуху, що відповідає червоному зміщенню близько 1100.
Після цього настали темні століття, коли реліктове випромінювання вже втратило значну частину енергії через розширення простору, але ніяких нових джерел електромагнітних хвиль не з'явилося, тільки атоми водню слабо світили в радіолінії з довжиною хвилі в 21 сантиметр. Ця стадія тривала приблизно сотню мільйонів років до червоного зміщення близько 30.
Потім звичайна матерія зібралася в досить щільні утворення, щоб з'явилися перші зірки - настав вселенський світанок (cosmic dawn). Виникають перші галактики, в центрах яких чорні діри активно поглинали речовину, що яскраво світиться в міру поглинання. Приблизно до 250 мільйонів років від Великого вибуху, тобто на червоному зміщенні 15, вселенський світанок переходить в епоху реіонізації. На цьому етапі з'являється помітна кількість випромінювання рентгенівського діапазону, яке заново переводить основну частину матерії у Всесвіті в стан плазми. Реіонізація закінчується приблизно в той час, коли вік Всесвіту становив мільярд років, тобто на червоному зміщенні 6.
Сьогодні період життя Всесвіту між червоними зміщеннями від 30 до 6, тобто вселенський світанок і реіонізація, вивчені в першу чергу теоретично, в експериментальному плані астрономи лише приступають до безпосереднього дослідження надзвичайно слабких сигналів того часу.
У роботі Хуліана Муньоса (Julian Mu^ oz) з Гарвардського університету запропоновано новий спосіб вивчення періоду вселенського світанку. Ідея методу полягає у використанні збуджених швидкістю акустичних коливань (velocity-induced acoustic oscillations - VAO) речовини. Згідно з висновками автора, це явище призводить до виникнення характерного просторового масштабу в розподілі звичайної матерії, який можна буде зареєструвати в майбутньому.
VAO повинні народжуватися після рекомбінації, коли звичайна (баріонна) матерія помітно переміщається під дією тиску випромінювання, а темна матерія залишається нечутливою до цього впливу. У результаті виникає невідповідність між швидкостями двох видів матерії, яке може досягати надзвукових значень. Ця різниця також повинна формувати хвилеподібний розподіл у тривимірному просторі. VAO пов'язані з іншим видом просторових коливань - баріонними акустичними (сахаровськими) осциляціями (baryon acoustic oscillations - BAO), які являють собою хвилі щільності, що простежуються в великомасштабній структурі Всесвіту за розподілом галактик. Однак на відміну від BAO, VAO раніше не спостерігалися, причому вважалося, що їх вплив на швидкості баріонів занадто мало і буде прихований внеском інших процесів, таких як гідродинамічні рухи плазми.
Муньос наводить розрахунки, які показують можливість спостереження VAO в сигналі поглинання водню на довжині хвилі в 21 сантиметр: в областях з більшою різницею швидкостей між баріонною і темною матерією зіроутворення буде сильніше пригнічено, там буде більше нейтрального водню і сильніше поглинання в лінії 21 сантиметр. Більш того, VAO практично не залежать від деталей формування перших зірок, а їх відносно проста форма встановлюється в епоху реіонізації.
В результаті стає можливим вивчення епохи вселенського світанку на червоних зміщеннях близько 15-20 - це значно більш рання епоха, ніж доступна для вивчення за допомогою будь-яких оглядів галактик, в яких помітні BAO. Характерний розмір VAO має дорівнювати приблизно 150 мегапарсекам. Зокрема, автор вважає можливим визначення постійної Хаббла, тобто темпу розширення Всесвіту в дану епоху, за допомогою спостережень поглинання в лінії 21 сантиметр на інтерферометрі HERA.
Раніше повідомлялось, що астрономи побачили у космосі першу молекулу Всесвіту. Також вчені не припиняють спроб зняти «напруженості Хаббла» між різними способами оцінки швидкості розширення Всесвіту: одні використовують міриди і червоні гіганти в якості стандартних свічок, а інші пропонують ввести ранню темну енергію.