Когда образовались первые звезды и галактики, они не просто освещали космос. Эти яркие структуры также коренным образом изменили химию Вселенной.
За это время газообразный водород, который сегодня составляет большую часть материала в пространстве между галактиками, стал электрически заряженным. Та эпоха реионизации, как ее называют, была одним из последних крупных изменений во Вселенной. Это был рассвет вселенной в том виде, в каком мы ее знаем.
Но ученые не смогли детально наблюдать за тем, что происходило в эпоху реионизации — до сих пор. Недавно действующий космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА предлагает глаза, которые могут проникнуть сквозь завесу этого периода становления.
Что произошло после большого взрыва?
Эпоха реионизации была не первым случаем, когда Вселенная была наполнена электричеством. Сразу после большого взрыва космос был темным и горячим; в нем не было звезд, галактик и планет. Вместо этого электроны и протоны свободно разгуливали, так как было слишком жарко, чтобы они могли объединиться в пары.
Но по мере того, как Вселенная остывала, протоны начали захватывать электроны, образуя первые атомы — в частности, водород — в период, называемый “рекомбинацией”. Этот процесс нейтрализовал заряженный материал.
Любой материал, содержащийся во Вселенной, в то время был распределен относительно равномерно, и структуры было очень мало. Но были небольшие колебания плотности, и в течение миллионов лет эти изменения сближали ранние атомы, чтобы в конечном итоге сформировать звезды. Гравитация ранних звезд притягивала больше газов, частиц и других компонентов, чтобы объединить их в большее количество звезд, а затем и галактик.
Как только зародились галактики, космический темный век, как его называют астрофизики, закончился. Эти звездные тела были особенно яркими, они были более массивными, чем наше солнце, и горели жарко, сияя в ультрафиолетовом спектре.
Когда галактики начали собираться вместе, они сначала ионизировали области вокруг себя, оставляя пузырьки заряженного газообразного водорода по всей вселенной. По мере роста светоизлучающих скоплений образовывалось все больше звезд, что делало их еще более яркими и полными фотонов. Также начали развиваться дополнительные новые галактики. Когда они стали светящимися, ионизированные пузырьки начали накладываться друг на друга. Это позволило фотону из одной галактики преодолеть гораздо большее расстояние, потому что он не столкнулся с атомом водорода, проходя через эту сеть.
В этот момент остальная межгалактическая среда во Вселенной — даже в регионах, удаленных от галактик, — быстро ионизируется. Именно тогда закончилась эпоха реионизации и началась Вселенная в том виде, в каком мы ее знаем.
