Мы наконец-то знаем, что зажгло свет на заре времен: ScienceAlert

Мы наконец-то знаем, что принесло свет в темную, бесформенную пустоту ранней Вселенной.

Согласно данным космических телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», источником свободно летающих фотонов на раннем космическом рассвете были маленькие карликовые галактики, которые зажглись жизнью, разгоняя загадочный водородный туман, заполнявший межгалактическое пространство.

«Это открытие раскрывает решающую роль, которую сыграли очень слабые галактики в эволюции ранней Вселенной». говорит астрофизик Ирина Чемеринская Из Института астрофизики в Париже.

«Они производят ионизирующие фотоны, которые превращают нейтральный водород в ионизированную плазму во время космической реионизации. Это подчеркивает важность понимания галактик малой массы в формировании истории Вселенной».

В начале Вселенной, через несколько минут после Большого взрыва, пространство было заполнено горячим, густым туманом ионизированной плазмы. Тот небольшой свет, который был, не смог бы проникнуть в этот туман; Проще говоря, фотоны будут рассеиваться на свободных электронах, плавающих вокруг, что фактически сделает Вселенную темной.

Когда Вселенная остыла, примерно через 300 000 лет, протоны и электроны начали объединяться, образуя нейтральный газообразный водород (и немного гелия). Свет большинства длин волн мог проникнуть в эту нейтральную среду, но источников света, способных его создать, было очень мало. Но из водорода и гелия родились первые звезды.

Эти первые звезды излучали достаточно сильное излучение, чтобы выбить электроны из их ядер и повторно ионизировать газ. Однако к этому моменту Вселенная расширилась настолько, что газ распространился и не мог препятствовать сиянию света. Примерно через миллиард лет после Большого взрыва, конца периода, известного как космический рассвет, Вселенная была полностью реионизирована. Та-да! Свет был включен.

Но поскольку в космическом рассвете так много тьмы, и поскольку он настолько слаб и далек во времени и пространстве, нам было трудно увидеть, что там. Ученые считали, что источники, ответственные за большую часть этой пустоты, должны быть мощными — например, массивные черные дыры, аккреция которых производит светящийся свет, и массивные галактики в разгар звездообразования (маленькие звезды производят много ультрафиолетового света).

Космический телескоп Джеймса Уэбба был спроектирован частично для того, чтобы заглянуть в космический рассвет и попытаться увидеть, что там находится. Оно оказалось очень успешным и выявило множество сюрпризов в этот решающий момент формирования нашей Вселенной. Удивительно, но наблюдения телескопов теперь показывают, что карликовые галактики являются основными игроками в реионизации.

Международная группа под руководством астрофизика Хакима Атика из Института астрофизики в Париже обратилась к данным космического телескопа Джеймса Уэбба о скоплении галактик под названием Abell 2744, дополненным данными Хаббла. Абелл 2744 настолько плотен, что пространство-время обволакивает его, образуя космическую линзу; Любой далекий свет, идущий к нам через пространство-время, увеличивается. Это позволило исследователям увидеть небольшие карликовые галактики вблизи космического рассвета.

Затем они использовали космический телескоп Джеймса Уэбба, чтобы получить подробные спектры этих маленьких галактик. Их анализ показал, что эти карликовые галактики не только являются самым распространенным типом галактик в ранней Вселенной, но и намного ярче, чем ожидалось. Фактически, исследование группы показывает, что карликовые галактики превосходят по численности большие галактики в 100 раз, и что их коллективное излучение в четыре раза превышает ионизирующее излучение, обычно предполагаемое для более массивных галактик.

«В совокупности эти космические силы излучают достаточно энергии, чтобы выполнить работу». Атик говорит. «Несмотря на свой небольшой размер, эти галактики с малой массой в изобилии производят энергетическое излучение, и их количество в этот период настолько велико, что их коллективное воздействие может изменить все состояние Вселенной».

Это лучшее свидетельство силы реионизации, но предстоит еще многое сделать. Исследователи посмотрели на небольшой участок неба; Им необходимо убедиться, что их выборка — это не просто аномальная коллекция карликовых галактик, а репрезентативная выборка всего населения на космическом рассвете.

Они намерены изучить больше областей космических линз на небе, чтобы получить более широкую выборку ранних скоплений галактик. Но только в этом образце результаты были невероятно впечатляющими. Ученые искали ответы на вопрос о реионизации с тех пор, как мы о ней узнали. Мы вот-вот наконец рассеем туман.

«С космическим телескопом Джеймса Уэбба мы вступили на неизведанную территорию». говорит астрофизик Тимья Нанаяккара Из Технологического университета Суинберна в Австралии.

«Эта работа открывает более интересные вопросы, на которые нам нужно ответить, пытаясь составить схему эволюционной истории наших зарождений».

Исследование было опубликовано в природа.