Végre tudjuk, mi gyújtotta meg a fényeket a történelem hajnalán: ScienceAlert

Végre tudjuk, mi hozott világosságot a korai univerzum sötét, formátlan űrébe.

A Hubble és James Webb Űrteleszkóp adatai szerint a szabadon szálló fotonok eredete a korai univerzum hajnalán kis törpegalaxisok voltak, amelyekben az élet meggyulladt, és ezzel megtisztult a zavaros hidrogénköd, amely betöltötte az intergalaktikus teret. Új lap A kutatás februárban jelent meg.

„Ez a felfedezés feltárja azt a döntő szerepet, amelyet az ultrakönnyű galaxisok játszottak a korai univerzum evolúciójában.” Irina Chemerinska asztrofizikus mondta A párizsi Asztrofizikai Intézetből.

„Ionizáló fotonokat állítanak elő, amelyek a semleges hidrogént ionizált plazmává alakítják a kozmikus reionizáció során. Ez rávilágít az alacsony tömegű galaxisok megértésének fontosságára az univerzum történetének alakításában.”

Az univerzum kezdetén, percekkel az Ősrobbanás után az űrt ionizált plazma sűrű köd töltötte meg. Ami kevés fény volt, át tud hatolni ezen a ködön; Ehelyett a fotonok egyszerűen szétszóródtak volna a körben lebegő szabad elektronokról, ami gyakorlatilag elsötétíti az univerzumot.

Ahogy az univerzum lehűlt, körülbelül 300 000 év után a protonok és az elektronok elkezdtek egyesülni, hogy semleges hidrogéngázt (és egy kis héliumot) képezzenek. A legtöbb hullámhosszú fény képes volt áthatolni ezen a semleges közegen, de kevés fényforrás volt a létrehozásához. De ebből a hidrogénből és héliumból születtek meg az első csillagok.

Ezek az első csillagok olyan sugárzást bocsátottak ki, amely elég erős volt ahhoz, hogy elektronokat vonjanak ki magjukból és újraionizálják a gázt. Ám ekkorra az univerzum annyira kitágul, hogy a gáz szétterült, és már nem tudta megakadályozni, hogy a fény világítson. Körülbelül egymilliárd évvel az ősrobbanás után, a kozmikus hajnalnak nevezett időszak vége után az univerzum teljesen reionizálódott. Tada! Kigyulladtak a lámpák.

De mivel olyan sok homály van a kozmikus hajnalban, és mivel olyan halvány és távoli térben és időben, nehezen láttuk, mi van odakint. A tudósok úgy gondolták, hogy ennek a homályosnak a nagy részéért felelős forrásoknak erősnek kell lenniük – például hatalmas fekete lyukak, amelyek felhalmozódása erős fényt bocsát ki, vagy hatalmas galaxisok a csillagkeletkezés közepette (a babacsillagok sok ultraibolya sugárzást bocsátanak ki).

A James Webb távcsövet részben arra tervezték, hogy a világegyetem hajnalába nézzen, és megpróbálja kitalálni, mi rejtőzik ott. Óriási siker volt, mindenféle meglepetést elárult univerzumunk alakulásának e döntő időszakáról. Meglepő módon a teleszkópos megfigyelések azt mutatják, hogy a törpegalaxisok a főszereplői a reionizációnak.

A párizsi Asztrofizikai Intézet Hakim Atiq asztrofizikusa által vezetett nemzetközi csapata James Webb teleszkóp adataihoz fordult az Abell 2744 nevű galaxiscsoportról, amelyet a Hubble adatai is alátámasztanak. Az Abell 2744 olyan sűrű, hogy a téridő meghajlik körülötte, és kozmikus lencsét képez. Minden távoli fény, amely ezen a téridőn keresztül eljut hozzánk, felnagyítja. Ez lehetővé tette a kutatók számára, hogy kis törpegalaxisokat lássanak a kozmikus hajnal közelében.

Ezután a James Webb teleszkópot használták, hogy részletes spektrumot kapjanak ezekről a kis galaxisokról. Elemzésük kimutatta, hogy ezek a törpegalaxisok nemcsak a legelterjedtebb galaxistípusok a korai univerzumban, hanem sokkal fényesebbek is a vártnál. Valójában a csapat kutatásai azt mutatják, hogy a törpegalaxisok száma 100:1-szer haladja meg a nagy galaxisokat, és összteljesítményük négyszerese a nagyobb galaxisoknál szokásosan feltételezett ionizáló sugárzásnak.

„Együttesen ezek a kozmikus erők több mint elegendő energiát bocsátanak ki a küldetés teljesítéséhez.” – mondta Atik„Kicsi méretük ellenére ezek a kis tömegű galaxisok hatalmas mennyiségű energetikai sugárzást bocsátanak ki, és bőségük ebben az időszakban olyan nagy, hogy kollektív hatásuk megváltoztathatja az univerzum egész állapotát.”

Ez az eddigi legjobb bizonyíték a reionizáció mögött rejlő erőre, de van még tennivaló. A kutatók egy kis égboltot néztek meg; Biztosnak kell lenniük abban, hogy az általuk választott minta nem csupán törpegalaxisok rendhagyó gyűjteménye, hanem olyan, amely az univerzum hajnalán a teljes populációt képviseli.

A tudósok több kozmikus lencseterületet kívánnak tanulmányozni az égbolton, hogy szélesebb mintát kapjanak a korai galaxishalmazokról. De az eredmények csak ennél a mintánál nagyon érdekesek. A tudósok azóta keresik a választ a reionizációra, amióta tudunk róla. És hamarosan feloldjuk végre a ködöt.

„Most feltérképezetlen területre léptünk a JWST-vel.” – mondta Thimya Nanayakkara asztrofizikus Az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetemről.

„Ez a munka izgalmasabb kérdéseket nyit meg, amelyekre választ kell adnunk a kezdetek evolúciós történetének feltérképezésére tett erőfeszítéseink során.”

A kutatás ben jelent meg természet.

A cikk eredeti változata 2024 márciusában jelent meg.