Konečne vieme, čo prinieslo svetlo do temnej, beztvarej prázdnoty raného vesmíru.

Podľa údajov z Hubbleovho vesmírneho teleskopu a vesmírneho teleskopu Jamesa Webba boli pôvodom voľne lietajúcich fotónov na úsvite raného vesmíru malé trpasličie galaxie, v ktorých sa vznietil život, čím sa vyčistila zakalená vodíková hmla, ktorá vypĺňala medzigalaktický priestor. Nový papier Výskum bol zverejnený vo februári.

„Tento objav odhaľuje kľúčovú úlohu, ktorú zohrali ultraľahké galaxie vo vývoji raného vesmíru.“ Povedala astrofyzička Irina Chemerinska Z Inštitútu astrofyziky v Paríži.

„Produkujú ionizujúce fotóny, ktoré premieňajú neutrálny vodík na ionizovanú plazmu počas kozmickej reionizácie. To zdôrazňuje dôležitosť pochopenia nízkohmotných galaxií pri formovaní histórie vesmíru.“

Na začiatku vesmíru, niekoľko minút po veľkom tresku, bol priestor vyplnený hustou hmlou ionizovanej plazmy. To málo svetla, ktoré tam bolo, mohlo preniknúť do tejto hmly; Fotóny by boli skôr rozptýlené po voľných elektrónoch plávajúcich okolo, čím by bol vesmír skutočne tmavý.

Ako sa vesmír ochladzoval, po približne 300 000 rokoch sa protóny a elektróny začali spájať a vytvárať neutrálny vodíkový plyn (a trochu hélia). Väčšina vlnových dĺžok svetla bola schopná preniknúť cez toto neutrálne médium, ale na jeho produkciu bolo len málo zdrojov svetla. Ale z tohto vodíka a hélia sa zrodili prvé hviezdy.

Tieto prvé hviezdy emitovali žiarenie, ktoré bolo dostatočne silné na to, aby odstránilo elektróny z ich jadier a reionizovalo plyn. Ale v tomto bode sa vesmír natoľko roztiahol, že plyn sa rozšíril a už nemohol brániť svetlu, aby svietilo. Asi miliardu rokov po Veľkom tresku, konci obdobia známeho ako kozmický úsvit, bol vesmír úplne reionizovaný. Tada! Svetlá sa rozsvietili.

Ale pretože je v kozmickom úsvite toľko rozmazania a pretože je taký slabý a vzdialený v čase a priestore, mali sme problém vidieť, čo je tam vonku. Vedci si mysleli, že zdroje zodpovedné za väčšinu tohto oparu musia byť silné – masívne čierne diery, ktorých narastanie napríklad produkuje jasné svetlo, a masívne galaxie uprostred hviezdneho hviezdy (mladé hviezdy produkujú veľa ultrafialového žiarenia).

Teleskop Jamesa Webba bol sčasti navrhnutý tak, aby nahliadol do úsvitu vesmíru a pokúsil sa zistiť, čo sa tam skrýva. Bol to obrovský úspech a odhalil všetky druhy prekvapení o tomto rozhodujúcom čase pri formovaní nášho vesmíru. Pozorovania teleskopom teraz prekvapivo naznačujú, že hlavnými hráčmi v reionizácii sú trpasličí galaxie.

Medzinárodný tím vedený astrofyzikom Hakimom Atiqom z Inštitútu astrofyziky v Paríži sa obrátil na údaje teleskopu Jamesa Webba o skupine galaxií s názvom Abell 2744, ktoré podporili údaje z Hubbleovho teleskopu. Abell 2744 je taký hustý, že sa okolo neho ohýba časopriestor a vytvára kozmickú šošovku. Akékoľvek vzdialené svetlo, ktoré k nám putuje cez tento časopriestor, sa zväčšuje. To umožnilo výskumníkom vidieť malé trpasličie galaxie blízko kozmického úsvitu.

Potom použili teleskop Jamesa Webba na získanie podrobných spektier týchto malých galaxií. Ich analýza odhalila, že tieto trpasličie galaxie nie sú len najrozšírenejším typom galaxie v ranom vesmíre, ale sú aj oveľa jasnejšie, než sa očakávalo. Výskum tímu v skutočnosti ukazuje, že počet trpasličích galaxií prevyšuje počet veľkých galaxií 100 ku jednej a že ich celkový výkon je štvornásobok ionizujúceho žiarenia, ktoré sa bežne predpokladá u väčších galaxií.

„Spoločne tieto kozmické sily vyžarujú viac než dosť energie na splnenie misie.“ povedal Atik„Napriek svojej malej veľkosti produkujú tieto galaxie s nízkou hmotnosťou obrovské množstvo energetického žiarenia a ich hojnosť počas tohto obdobia je taká veľká, že ich spoločný vplyv by mohol zmeniť celý stav vesmíru.“

Je to zatiaľ najlepší dôkaz sily reionizácie, ale je potrebné urobiť ešte veľa práce. Výskumníci sa pozreli na malý kúsok oblohy; Potrebujú si byť istí, že vzorka, ktorú si vyberú, nie je len anomálna zbierka trpasličích galaxií, ale skôr taká, ktorá predstavuje celú populáciu na úsvite vesmíru.

Vedci majú v úmysle študovať viac oblastí kozmických šošoviek na oblohe, aby získali širšiu vzorku raných zhlukov galaxií. Ale výsledky sú veľmi zaujímavé len pre túto vzorku. Vedci hľadajú odpovede na reionizáciu odvtedy, čo o nej vieme. A chystáme sa konečne zdvihnúť hmlu.

„S JWST sme teraz vstúpili na neprebádané územie.“ povedal astrofyzik Thimya Nanayakkara Z Swinburne University of Technology v Austrálii.

„Táto práca otvára vzrušujúcejšie otázky, na ktoré musíme odpovedať v našom úsilí zmapovať evolučnú históriu našich začiatkov.“

Výskum bol publikovaný v r prírody.

Pôvodná verzia tohto článku bola uverejnená v marci 2024.