В прошлом году космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил несколько древних тусклых галактик в дальних уголках космоса, но это пустяки по сравнению с едва заметными точками света, которые он обнаружил в новом исследовании. Международная группа исследователей использовала инструменты «Уэбба», а также небольшую помощь гравитации, чтобы получить изображение сверхтусклых объектов из самой ранней эпохи существования Вселенной. Целью этого исследования является понимание механизмов, которые превратили непрозрачное, мутное море нейтральных атомов в практически пустое космическое пространство, которую мы наблюдаем сегодня. И похоже, что благодарить за это нужно самые крошечные галактики.
В течение нескольких эпох после Большого взрыва не было ничего, кроме бурлящего пространства субатомных частиц. Лишь много миллионов лет спустя электроны и протоны объединились, образовав первые нейтральные атомы водорода. Это положило начало так называемым «Темным векам», которые через сто миллионов лет уступили место эпохе ионизации, когда сквозь туман пыли стали проглядывать первые звезды. Ионизированные атомы водорода прозрачны для электромагнитного излучения (например, видимого света), и мы не знаем, что послужило причиной этого процесса. «Именно благодаря реионизации мы можем видеть далекие галактики», — сказал ведущий автор исследования Хаким Атек из Парижского института астрофизики.
Астрономы использовали «Уэбба» для наблюдения за некоторыми из древнейших объектов во Вселенной, которые возникли в начале эпохи реионизации. Предстояло проверить несколько гипотез — все, что мы знаем, это то, что для ионизации всего этого нейтрального водорода потребовалось большое количество радиации. Некоторые предполагают, что причиной этого могли быть квазары, массивные источники излучения, питаемые сверхмассивными черными дырами. Также возможно, что решающую роль сыграли крупные галактики, такие как Млечный Путь, но новое исследование предполагает, что наименьшие галактики выполнили основную часть этой работы.
Даже космический телескоп «Джеймс Уэбб» недостаточно мощный, чтобы наблюдать эти ранние карликовые галактики, но именно здесь на помощь пришла гравитация. Команда использовала скопление галактик на расстоянии более 3,9 миллионов световых лет от нас, чтобы сфокусировать "зрение" телескопа. Скопление действует как гравитационная линза, расширяя диапазон телескопа и позволяя ему видеть ранние карликовые галактики эпохи реионизации. Анализируя длину волны ультрафиолетового излучения, исходящего от этих объектов, команда определила, что они были способны ионизировать газ вокруг себя.
Эти восемь карликовых галактик были бы невидимы даже для «Уэбба» без помощи гравитационной линзы. Фото: Nature.
Карликовые галактики сформировались первыми во Вселенной, и потенциально они могли излучать больше света для ионизации водорода, чем даже крупные галактики. Такая галактика, как Млечный Путь, поглощает большую часть ультрафиолетового излучения, испускаемого ее звездами, но из карликовых галактик может выйти гораздо больше излучения. Основываясь на новых наблюдениях "Уэбба", исследователи подсчитали, что карликовых галактик было достаточно много, чтобы начать эру реионизации, даже если 5% их света ушло в межгалактическое пространство.
Ученые считают, что карликовые галактики могли оказать существенное влияние на структуру и эволюцию Вселенной. Эти галактики могли потенциально создать меньшие ионизационные «пузыри», чем квазары, но они были повсюду. Все это помогло сделать ионизацию более однородным процессом, сформировав Вселенную, которая сегодня выглядит очень похоже во всех направлениях.