W końcu wiemy, co rzuciło światło na ciemną, bezkształtną pustkę wczesnego wszechświata.
Według danych z Kosmicznych Teleskopów Hubble’a i Jamesa Webba, swobodnie lecące fotony u zarania wczesnego Wszechświata pochodziły z małych galaktyk karłowatych, w których rozpoczęło się życie, usuwając mętną mgłę wodorową wypełniającą przestrzeń międzygalaktyczną. Nowy papier Wyniki badania opublikowano w lutym.
„To odkrycie ujawnia kluczową rolę, jaką ultralekkie galaktyki odegrały w ewolucji wczesnego Wszechświata.” – powiedziała astrofizyczka Irina Chemerinska Z Instytutu Astrofizyki w Paryżu.
„Wytwarzają fotony jonizujące, które podczas rejonizacji kosmicznej przekształcają obojętny wodór w zjonizowaną plazmę. To podkreśla znaczenie zrozumienia galaktyk o małej masie w kształtowaniu historii wszechświata”.
Na początku wszechświata, kilka minut po Wielkim Wybuchu, przestrzeń była wypełniona gęstą, gorącą mgłą zjonizowanej plazmy. Odrobina światła, jaka tam była, mogła przebić się przez tę mgłę; Przeciwnie, fotony byłyby po prostu rozpraszane przez unoszące się w powietrzu wolne elektrony, skutecznie powodując ciemność we wszechświecie.
Gdy Wszechświat się ochładzał, po około 300 000 lat, protony i elektrony zaczęły się łączyć, tworząc obojętny gazowy wodór (i odrobinę helu). Większość długości fali światła była w stanie przeniknąć przez ten neutralny ośrodek, ale było niewiele źródeł światła, które je wytworzyły. Ale z tego wodoru i helu narodziły się pierwsze gwiazdy.
Te pierwsze gwiazdy emitowały promieniowanie, które było wystarczająco silne, aby pozbawić elektrony swoich jąder i rejonizować gaz. Jednak do tego momentu Wszechświat rozszerzył się tak bardzo, że gaz się rozprzestrzenił i nie mógł już zapobiegać świeceniu światła. Około miliarda lat po Wielkim Wybuchu, czyli końcu okresu zwanego kosmicznym świtem, wszechświat został całkowicie zjonizowany. Tada! Zapaliły się światła.
Ale ponieważ kosmiczny świt jest tak bardzo rozmazany, a także dlatego, że jest tak słaby i odległy w czasie i przestrzeni, mieliśmy problemy z dostrzeżeniem tego, co tam jest. Naukowcy uważali, że źródła odpowiedzialne za większość tej mgły muszą być potężne — na przykład masywne czarne dziury, których akrecja wytwarza płonące światło, oraz masywne galaktyki w okresie powstawania gwiazd (młode gwiazdy wytwarzają dużo promieniowania ultrafioletowego).
Teleskop Jamesa Webba został zaprojektowany częściowo z myślą o początkach Wszechświata i próbie odgadnięcia, co się tam kryje. To był ogromny sukces, ujawniający wszelkiego rodzaju niespodzianki dotyczące tego kluczowego okresu w kształtowaniu naszego wszechświata. Co zaskakujące, obserwacje teleskopowe wskazują obecnie, że galaktyki karłowate odgrywają główną rolę w rejonizacji.
Międzynarodowy zespół kierowany przez astrofizyka Hakima Atiqa z Instytutu Astrofizyki w Paryżu wykorzystał dane z Teleskopu Jamesa Webba dotyczące grupy galaktyk o nazwie Abell 2744, wsparte danymi z Hubble’a. Abell 2744 jest tak gęsta, że czasoprzestrzeń zagina się wokół niej, tworząc kosmiczną soczewkę. Każde odległe światło, które podróżuje do nas przez tę czasoprzestrzeń, zostaje powiększone. Umożliwiło to badaczom obserwację małych galaktyk karłowatych w pobliżu kosmicznego świtu.
Następnie wykorzystali Teleskop Jamesa Webba do uzyskania szczegółowych widm tych małych galaktyk. Ich analiza ujawniła, że te galaktyki karłowate są nie tylko najliczniejszym typem galaktyk we wczesnym Wszechświecie, ale są także znacznie jaśniejsze, niż oczekiwano. W rzeczywistości badania zespołu pokazują, że galaktyk karłowatych przewyższa liczebnie duże galaktyki w stosunku 100 do jednego, a ich całkowita emisja jest czterokrotnie większa niż promieniowanie jonizujące zwykle zakładane dla większych galaktyk.
„W sumie te siły kosmiczne emitują więcej energii niż wystarcza do wykonania misji”. powiedział Atik„Pomimo swoich niewielkich rozmiarów te galaktyki o małej masie wytwarzają ogromne ilości promieniowania energetycznego, a ich obfitość w tym okresie jest tak wielka, że ich zbiorowy wpływ może zmienić cały stan Wszechświata”.
To najlepszy jak dotąd dowód na siłę rejonizacji, ale pozostaje jeszcze wiele do zrobienia. Naukowcy przyjrzeli się małemu skrawkowi nieba; Muszą mieć pewność, że wybrana przez nich próbka nie jest tylko anomalnym zbiorem galaktyk karłowatych, ale raczej próbką reprezentującą całą populację u początków wszechświata.
Naukowcy zamierzają zbadać więcej obszarów kosmicznych soczewek na niebie, aby uzyskać szerszą próbkę wczesnych gromad galaktyk. Jednak wyniki są bardzo interesujące tylko dla tej próbki. Naukowcy poszukują odpowiedzi na pytanie o rejonizację, odkąd o niej wiemy. I już niedługo w końcu rozwiejemy mgłę.
„Dzięki JWST wkroczyliśmy na niezbadane terytorium.” powiedziała astrofizyk Thimya Nanayakkara Z Politechniki w Swinburne w Australii.
„Ta praca otwiera bardziej ekscytujące pytania, na które musimy odpowiedzieć, starając się opisać ewolucyjną historię naszych początków”.
Badanie zostało opublikowane w Natura.
Oryginalna wersja tego artykułu została opublikowana w marcu 2024 r.