Według danych z teleskopów Hubble’a i Jamesa Webba, źródłem wolno latających fotonów w wczesnym kosmicznym świcie były małe galaktyki karłowate, które rozbłysły, oczyszczając mgłę mętnego wodoru wypełniającego przestrzeń międzygalaktyczną. Nowy artykuł na ten temat opublikowano w lutym.
„To odkrycie ujawnia kluczową rolę odgrywaną przez ultra-słabe galaktyki w ewolucji wczesnego Wszechświata” – powiedziała astrofizyczka Iryna Chemerynska z Institut d’Astrophysique de Paris. „Produkują one fotony jonizujące, które przekształcają neutralny wodór w zjonizowaną plazmę podczas kosmicznej rejonizacji. Podkreśla to znaczenie zrozumienia galaktyk o niskiej masie w kształtowaniu historii Wszechświata.”
Na początku Wszechświata, w ciągu minut po Wielkim Wybuchu, przestrzeń była wypełniona gorącą, gęstą mgłą zjonizowanej plazmy. Światło nie mogło przeniknąć przez tę mgłę; fotony rozpraszały się na wolnych elektronach, skutecznie czyniąc Wszechświat ciemnym. Gdy Wszechświat ochłodził się, po około 300 000 latach, protony i elektrony zaczęły łączyć się, tworząc neutralny wodór (i trochę helu). Większość długości fal światła mogła przenikać przez to neutralne medium, ale było bardzo mało źródeł światła, które mogłyby je wyprodukować. Z tego wodoru i helu narodziły się pierwsze gwiazdy.
Te pierwsze gwiazdy emitowały promieniowanie wystarczająco silne, aby oderwać elektrony od ich jąder i ponownie zjonizować gaz. Do tego momentu jednak Wszechświat rozszerzył się tak bardzo, że gaz był rozproszony i nie mógł zapobiec promieniowaniu. Około miliarda lat po Wielkim Wybuchu, na końcu okresu zwanego kosmicznym świtem, Wszechświat był całkowicie zjonizowany. Ta-da! Światła były włączone.
Jednak ze względu na dużą ilość mgły w kosmicznym świcie i jego odległość w czasie i przestrzeni, mieliśmy problemy z dostrzeżeniem, co tam się znajduje. Naukowcy myśleli, że źródła odpowiedzialne za większość oczyszczenia musiały być potężne – na przykład ogromne czarne dziury, których akrecja produkuje oślepiające światło, oraz duże galaktyki w trakcie formowania się gwiazd (młode gwiazdy produkują dużo światła UV).
JWST został zaprojektowany częściowo po to, aby zajrzeć w kosmiczny świt i spróbować zobaczyć, co tam się kryje. Był bardzo udany, ujawniając wszelkiego rodzaju niespodzianki dotyczące tego kluczowego czasu w formowaniu się naszego Wszechświata. Zaskakująco, obserwacje teleskopu teraz sugerują, że kluczową rolę w rejonizacji odgrywają galaktyki karłowate.
Międzynarodowy zespół kierowany przez astrofizyka Hakima Ateka z Institut d’Astrophysique de Paris zwrócił się do danych JWST dotyczących gromady galaktyk Abell 2744, wspieranych danymi z Hubble’a. Abell 2744 jest tak gęsta, że czasoprzestrzeń wokół niej się zakrzywia, tworząc kosmiczną soczewkę; wszelkie odległe światło przechodzące przez tę czasoprzestrzeń staje się powiększone. Pozwoliło to badaczom zobaczyć małe galaktyki karłowate blisko kosmicznego świtu.
Następnie użyli JWST, aby uzyskać szczegółowe widma tych małych galaktyk. Analiza ujawniła, że te galaktyki karłowate nie tylko są najliczniejszym typem galaktyk we wczesnym Wszechświecie, ale także są znacznie jaśniejsze, niż się spodziewano. W rzeczywistości badania zespołu pokazują, że galaktyki karłowate przewyższają liczbę dużych galaktyk w stosunku 100 do 1, a ich całkowita emisja promieniowania jonizującego jest czterokrotnie większa niż zwykle zakładano dla większych galaktyk.
„Te kosmiczne elektrownie emitują wystarczająco dużo energii, aby wykonać zadanie” – powiedział Atek. „Pomimo swojego niewielkiego rozmiaru, te galaktyki o niskiej masie są obfitymi producentami energetycznego promieniowania, a ich liczba w tym okresie jest tak duża, że ich zbiorowy wpływ może przekształcić cały stan Wszechświata.”
To najlepszy dowód na siłę rejonizacji, ale jeszcze dużo pracy przed nami. Badacze przyjrzeli się tylko małemu fragmentowi nieba; muszą upewnić się, że ich próbka nie jest tylko anomalią, ale reprezentatywnym przykładem całej populacji we wczesnym Wszechświecie. Zamierzają zbadać więcej regionów nieba z kosmicznymi soczewkami, aby uzyskać szerszą próbkę wczesnych populacji galaktyk. Jednak już na podstawie tej jednej próbki wyniki są niezwykle ekscytujące. Naukowcy ścigali odpowiedzi na temat rejonizacji odkąd tylko o niej wiedzieliśmy. Jesteśmy na krawędzi ostatecznego rozwiania mgły.
„Weszliśmy teraz na nieznane terytorium z JWST” – powiedziała astrofizyk Themiya Nanayakkara z Swinburne University of Technology w Australii. „Ta praca otwiera więcej ekscytujących pytań, na które musimy odpowiedzieć w naszych staraniach o nakreślenie ewolucyjnej historii naszych początków.”
Źródło: Science Alert
