Теперь мы понимаем, что озарило черную и бесформенную пустоту ранней Вселенной. Космические телескопы «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» предоставили доказательства того, что свободно летящие фотоны в начале космического рассвета появились благодаря крошечным карликовым галактикам, которые внезапно вспыхнули и осветили собой туман водорода, заполнявший межгалактическое пространство. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале в феврале 2024 года.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos
«Это открытие показывает критическую роль ультраслабых галактик в эволюции ранней Вселенной», — заявила астрофизик Ирина Чемеринская из Парижского института астрофизики. — «Во время космической реионизации они генерируют ионизирующие фотоны, которые превращают нейтральный водород в ионизированную плазму. Это подчеркивает, насколько важно понимать, как галактики с малой массой сформировали историю Вселенной».
Через считаные минуты после Большого взрыва горячее плотное облако ионизированной плазмы заполнило пространство в зарождающейся Вселенной. Фотоны просто рассеивались на свободных электронах, летающих вокруг, что по сути делало Вселенную тёмной — тот слабый свет, что существовал, не мог пробиться сквозь этот туман.
Примерно через 300 000 лет протоны и электроны начали соединяться, формируя нейтральный водород (и небольшое количество гелия), по мере того как Вселенная остывала. Источников света было немного, но большинство длин волн света могли проходить через эту нейтральную среду. Однако именно из этого водорода и гелия и сформировались первые звёзды. Излучение от этих первичных звёзд было настолько мощным, что снова реионизировало газ и разорвало связь между электронами и их ядрами. Но к тому времени Вселенная уже была настолько обширной, что газ оказался рассеянным и не мог больше блокировать свет.
К концу космического рассвета, примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва, Вселенная была полностью реионизирована. И вуаля — свет включился. Однако увидеть, что там есть, оказалось непросто, потому что космический рассвет был таким туманным, таким тёмным и таким отдалённым во времени и пространстве.
Тем не менее, учёные считали, что источниками, вызвавшими рассеивание этого тумана, должны быть мощные объекты — например, массивные галактики, в которых активно образуются звёзды (молодые звёзды испускают много ультрафиолетового света), и чёрные дыры, излучающие яркий свет за счёт аккреции вещества.
Одной из целей телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) было как раз исследовать космический рассвет и попытаться увидеть то, что там может быть скрыто. Эта миссия оказалась чрезвычайно успешной: телескоп обнаружил множество неожиданных фактов об этом ключевом этапе происхождения Вселенной. Примечательно, что данные с телескопа теперь указывают на карликовые галактики как на главный источник реионизации.
Международная команда под руководством астрофизика Хакима Атэка из Парижского института астрофизики использовала данные JWST о галактическом кластере Abell 2744, поддержанные данными «Хаббла».
Поскольку Abell 2744 настолько плотный, пространство-время вокруг него искажается, создавая космическую линзу, которая увеличивает любой свет, приходящий издалека через это пространство. Благодаря этому учёные смогли наблюдать крошечные карликовые галактики времён космического рассвета. Затем они получили точные спектры этих небольших галактик с помощью телескопа JWST. Их исследование показало, что, помимо того что эти галактики были наиболее распространённым типом галактик в ранней Вселенной, они ещё и оказались значительно ярче, чем ожидалось.
Результаты работы команды показывают, что карликовых галактик в 100 раз больше, чем крупных, а их совокупное ионизирующее излучение в четыре раза превышает то количество, которое обычно приписывают более массивным галактикам.