Деякі з найслабших об’єктів Всесвіту, які коли-небудь спостерігали астрономи, вказують на те, що саме невеликі галактики розвіяли «туман», який пронизував ранній космос.
Астрономи використали космічний телескоп Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST), щоб показати — тьмяні галактики мізерного розміру очистили ранній Всесвіт від туману атомарного водню, уможлививши світлу зір вперше освітити космос.
Дослідження, результати якого оприлюднив журнал Nature, надає докази того, що карликові галактики, приблизно в 100 разів менші, ніж Молочний Шлях, запустили процес, відомий як реіонізація. Він змінив хід космічної історії. «Всесвіт став прозорим», — сказав Хакім Атек (Hakim Atek), астрофізик з Паризького інституту астрофізики та перший автор дослідження. «Саме завдяки реіонізації ми можемо бачити далекі галактики».
Поява з космічного темного віку
Приблизно через 380 000 років після Великого Вибуху Всесвіт був схожий на гарячу піч, щільно заповнену субатомними частинками. Далі у процесі охолодження космосу вільні електрони та протони об’єднувалися, утворюючи газ із нейтральних атомів водню.
Потім настав період темряви. Це тривало доти, поки газ місцями не скупчився і не утворив перші зорі, які давали ультрафіолетове (УФ) світло. Однак решта газу, який домінував у Всесвіті, поглинав або розсіював це світло. Внаслідок цього Всесвіт нагадував ліс в тумані в якому деінде з близької відстані було видно тьмяні мерехтливі зорі-світлячки.
Щоб зробити простір прозорим, щось має «бомбардувати» цей газ сильним «іонізуючим» випромінюванням, яке спроможне перетворити нейтральні атоми водню в заряджені частинки або іони водню. Астрономи визначили трьох кандидатів, які могли таке зробити: енергійні струмені від квазарів, яких живлять надмасивні чорні діри; масивні галактики приблизно такого ж розміру, як Молочний Шлях; і, нарешті, «дрібнота» — карликові галактики.
Клаудія Скарлата (Claudia Scarlata), астрофізик з Міннесотського університету в Міннеаполісі каже, що масивні галактики поглинали б більшу частину власного УФ-світла. А квазарів могло бути занадто мало, щоб забезпечити весь процес іонізації. Натомість карликові галактики були досить малими, щоб легко випускати назовні ультрафіолетове світло, яке вони генерували.
Спостереження молодих карликових галактик, розташованих ближче до Землі, показують, що вони можуть утворювати іонізуюче випромінювання. Проте, «немає нічого, щоб фактично мати дані про ранні галактик, щоб підтвердити це», — зазначив Джеймс Роадс (James Rhoads), астрофізик із Центру космічних польотів NASA імені Ґоддарта (Goddard Space Flight Center) у Ґрінбелті, штат Меріленд. Карликові галактики епохи реіонізації надто крихітні та тьмяні, щоб їх виявити — навіть за допомогою JWST.
Історія про два телескопи
Щоб подолати це, автори скористалися «природним телескопом»: скупченням галактик, яке міститься на відстані приблизно 1,2 мільйона парсеків від Землі. Це скупчення таке величезне, що воно, як лінза, заломлює світло, що проходить крізь нього і йде до Землі. Внаслідок чого будь-яке джерело світла, розташоване за лінзою, стає яскравішим для спостерігача на Землі.
Автори використали цю лінзу, щоб спостерігати вісім карликових галактик з епохи реіонізації, коли Всесвіту було менше одного мільярда років. Галактики є найслабшими об'єктами, які коли-небудь спостерігалися з того часу.
Використовуючи дані, зібрані за допомогою JWST, астрономи проаналізували довжини хвиль ультрафіолетового випромінювання від цих галактик. Це дало змогу науковій групі оцінити, що навіть ці слабкі маленькі галактики могли легко «розбивати» водень навколо себе. Дослідники також підрахували, що карликових галактик було доволі багато протягом одного мільярда років після Великого Вибуху, щоб іонізувати весь Всесвіт, навіть якщо 5% їхнього іонізуючого випромінювання вийшло в міжгалактичний простір.
Малі галактики були першими у Всесвіті, що, «ймовірно, полегшує початок процесу [реіонізації] на ранній стадії» в історії космосу, сказав Роадс. Коли кожна галактика випромінювала ультрафіолетове світло, вона фактично видувала навколо себе прозору бульбашку, яка розширювалася в середовищі нейтрального газу. Згодом усі бульбашки з усіх галактик перекрилися, щоб завершити трансформацію.
Карликові галактики видували б бульбашки, менші за ті, що утворюють квазари та масивні галактики, і такі маленькі бульбашки могли б забезпечити рівномірний перебіг реіонізації у Всесвіті. Це, зі свого боку, мало наслідки для архітектури сучасного Всесвіту, сказав Атек.
За інф. з сайту www.nature.com
