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 заре ранней Вселенной были маленькие карликовые галактики, в которых загорелась жизнь, очистив мутный водородный туман, заполнявший межгалактическое пространство. Новая бумага Исследование было опубликовано в феврале.
«Это открытие раскрывает решающую роль, которую сверхлегкие галактики сыграли в эволюции ранней Вселенной». Об этом рассказала 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 густым горячим туманом ионизированной плазмы. Тот небольшой свет, который был, мог проникнуть сквозь этот туман; Скорее, фотоны просто рассеивались бы свободными электронами, плавающими вокруг, фактически делая 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 немного. А ведь из этого водорода и гелия родились первые звезды.
Эти первые звезды излучали достаточно мощное излучение, чтобы вырвать электроны из своих ядер и повторно ионизировать газ. Но к этому моменту Вселенная расширилась настолько, что газ растекся и больше не мог препятствовать сиянию света. Примерно через миллиард лет после Большого взрыва, конца периода, известного как космический рассвет, Вселенная была полностью реионизирована. Тада! Загорелся свет.
Но из-за того, что космический рассвет настолько размыт, 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 дымки, должны быть мощными — например, массивные черные дыры, аккреция которых производит яркий свет, и массивные галактики в разгар звездообразования (детские звезды производят много ультрафиолетового излучения).
Телескоп Джеймса Уэбба был спроектирован частично для того, чтобы заглянуть в зарождение Вселенной и попытаться выяснить, что там скрывается. Это был огромный успех, обнаруживший 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 телескопа Джеймса Уэбба о группе галактик под названием Abell 2744, подкрепленным данными Хаббла. Abell 2744 настолько плотна, что пространство-время огибает ее, образуя космическую линзу. Любой далекий свет, попадающий к нам через это пространство-время, усиливается. Это позволило исследователям увидеть небольшие карликовые галактики вблизи космического рассвета.
Затем они использовали 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, исследования группы показывают, что карликовые галактики превосходят по численности большие галактики в 100 раз, и что их общее излучение в четыре раза превышает ионизирующее излучение, обычно предполагаемое для более крупных галактик.
«В совокупности эти космические силы излучают более чем достаточно энергии для выполнения миссии». Атик сказал«Несмотря на свой небольшой размер, эти маломассивные галактики производят огромное количество энергетического излучения, а их численность в этот период настолько велика, 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; Они должны быть уверены, что выборка, которую они выбирают, представляет собой не просто аномальную коллекцию карликовых галактик, а, скорее, ту, которая представляет все население на заре Вселенной.
Ученые намерены изучить больше областей космических линз на небе, чтобы получить более широкую выборку ранних скоплений галактик. Но результаты очень интересны только для этого образца. Ученые искали ответы на вопрос о реионизации с тех пор, как мы о ней узнали. И мы собираемся наконец рассеять туман.
«С JWST мы вступили на неизведанную территорию». сказал 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.
Оригинальная версия этой статьи была опубликована в марте 2024 года.
