Най-накрая знаем какво е запалило светлините в зората на времето

Най-сетне знаем какво е донесло светлина в тъмната и безформена пустота на ранната Вселена.

Според данните от космическите телескопи „Хъбъл“ и „Джеймс Уеб“, произходът на свободно летящите фотони в ранната космическа зора са малки галактики джуджета, които са се разпалили и са разсеяли мъглата от мръсен водород, изпълнила междугалактическото пространство.

„Това откритие разкрива решаващата роля, която са изиграли свръхмалките галактики в ранната еволюция на Вселената. Те произвеждат йонизиращи фотони, които превръщат неутралния водород в йонизирана плазма по време на космическата рейонизация. Това подчертава важността на разбирането на галактиките с ниска маса за формирането на историята на Вселената“.

казва астрофизикът Ирина Чемеринска от Института по астрофизика в Париж

В началото на Вселената, в рамките на няколко минути след Големия взрив пространството е било изпълнено с гореща, гъста мъгла от йонизирана плазма. Малкото светлина, която е имало не би могла да проникне през тази мъгла. Фотоните просто биха се разпръснали от свободните електрони, плуващи наоколо, което на практика прави Вселената тъмна.

С охлаждането на Вселената, след около 300 000 години, протоните и електроните започнали да се съединяват и да образуват неутрален водороден (и малко хелиев) газ. Повечето дължини на вълните на светлината могат да проникнат през тази неутрална среда, но е имало много малко източници на светлина, които да я произвеждат. Но от този водород и хелий се раждат първите звезди.

Тези първи звезди са излъчвали радиация, която е била достатъчно силна, за да откъсне електрони от ядрата им и да рейонизира газа. До този момент обаче Вселената се е разширила дотолкова, че газът е бил дифузен и не е могъл да попречи на светлината да се разпръсне.

Около 1 милиард години след Големия взрив, в края на периода, известен като космическа зора Вселената е била напълно рейонизирана. Или иначе казано светлините били запалени.

Но тъй като в космическата зора има толкова много мрак и тъй като светлината е толкова слаба и далечна във времето и пространството, имаше проблеми да с това да се види какво има там. Учените смятаха, че източниците, отговорни за по-голямата част от просветлението трябва да са били мощни. Например, огромни черни дупки, чиято акреция произвежда пламтяща светлина, и големи галактики в процес на звездообразуване (малките звезди произвеждат много ултравиолетова светлина).

„Джеймс Уеб“ е проектиран да надникне в космическата зора и да се опита да види какво се крие в нея. Той се оказа много успешен инструмент, разкривайки всякакви изненади за този решаващ момент от формирането на нашата Вселена. Изненадващо, наблюденията на телескопа сега сочат, че галактиките джуджета са ключовият играч в рейонизацията.

Международен екип, ръководен от астрофизика Хаким Атек от Института по астрофизика в Париж използва данни от „Джеймс Уеб“ за галактически куп, наречен Abell 2744, подкрепени от данни от „Хъбъл“. Abell 2744 е толкова плътен, че пространство-времето около него се изкривява, образувайки космическа леща. Всяка далечна светлина, пътуваща към нас през това пространство-време се увеличава. Това позволява на изследователите да видят малки галактики джуджета в близост до космическата зора.

След това те използват „Джеймс Уеб“, за да получат подробни спектри на тези малки галактики. Анализът им разкрил, че тези галактики джуджета не само са най-разпространеният тип галактики в ранната Вселена. Те били и много по-ярки от очакваното. Всъщност изследванията на екипа показват, че галактиките джуджета превъзхождат по брой големите галактики в съотношение 100 към 1. Колективната им мощност пък била 4 пъти по-голяма от йонизиращото лъчение, което обикновено се приема за по-големи галактики.

„Тези космически „електроцентрали“ колективно излъчват повече от достатъчно енергия, за да си свършат работата. Въпреки малкия си размер, тези галактики с ниска маса са плодотворни производители на енергийна радиация и тяхното изобилие през този период е толкова значително, че колективното им влияние може да промени цялото състояние на Вселената.“

казва Атек

Това е най-доброто доказателство за силата, която стои зад рейонизацията, но има още много работа.

Изследователите са разгледали един малък участък от небето. Те трябва да се уверят, че тяхната извадка не е просто аномален клъстер от галактики джуджета, а е представителна извадка от цялото население в космическата зора.

Те възнамеряват да изследват повече области от небето, за да получат по-широка извадка от ранните галактически популации. Но само за тази една извадка резултатите са невероятно вълнуващи. Учените търсят отговори за рейонизацията, откакто знаем за нея. Сега сме на прага на това най-накрая да разгадаем загадката.

„Сега навлязохме в неизследвана територия с Джеймс Уеб. Тази работа открива още вълнуващи въпроси, на които трябва да отговорим в усилията си да очертаем еволюционната история на нашето начало.“

казва астрофизикът Темия Нанаяккара от Технологичния университет Суинбърн в Австралия

Изследването е публикувано в списание Nature.