Мы наконец-то знаем, что включило свет на заре времен
Наконец-то мы знаем, что принесло свет в темную и бесформенную пустоту ранней Вселенной.
По данным космических телескопов «Хабблс» и «Джеймс Уэбб», происхождение свободно летающих фотонов в ранней Вселенной Космический рассвет представлял собой маленькие карликовые галактики, которые вспыхнули к жизни, очистив туман мутного водорода, заполнявший межгалактическое пространство.
«Это открытие раскрывает решающую роль, которую сыграли ультратусклые галактики в эволюции ранней Вселенной», — говорит он. астрофизик Ирина Чемеринская из Парижского института астрофизики.
«Они производят ионизирующие фотоны, которые превращают нейтральный водород в ионизированную плазму во время космической реионизации. Это подчеркивает важность понимания галактик малой массы в формировании истории Вселенной. .»
В начале Вселенной, через несколько минут после Большого взрыва, пространство было заполнено горячим, густым туманом ионизированной плазмы. Тот небольшой свет, который был, не смог бы проникнуть сквозь этот туман; фотоны просто рассеялись бы на плавающих вокруг свободных электронах, фактически сделав Вселенную темной.
Когда Вселенная остыла, примерно через 300 000 лет, протоны и электроны начали объединяться, образуя нейтральный водород (и немного немного гелия) газ. Свет большинства длин волн мог проникнуть в эту нейтральную среду, но источников света для его создания было очень мало. Но из этого водорода и гелия родились первые звезды.
Эти первые звезды излучали достаточно сильное излучение, чтобы оторвать электроны от их ядер и повторно ионизировать газ. Однако к этому моменту Вселенная расширилась настолько, что газ стал рассеянным и не мог препятствовать сиянию света. Примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва, конца периода, известного как космический рассвет, Вселенная была полностью реионизирована. Та-да! Горел свет.
Но поскольку в космическом рассвете так много мрака, а также потому, что он настолько тусклый и далеко во времени и пространстве, нам было трудно увидеть, что там. Ученые полагали, что источники, ответственные за большую часть прояснения, должны были быть мощными – например, огромные черные дыры, аккреция которых производит яркий свет, и большие галактики в муках звездообразования (детские звезды производят много ультрафиолетового света). p>
JWST был разработан, в частности, для того, чтобы заглянуть в космический рассвет и попытаться увидеть, что там скрывается. Оно оказалось очень успешным и выявило множество сюрпризов в этот решающий момент формирования нашей Вселенной. Удивительно, но наблюдения телескопа теперь показывают, что карликовые галактики являются ключевым игроком в реионизации.
Международная группа под руководством астрофизика Хакима Атека из Парижского института астрофизики обратилась к данным JWST о скоплении галактик под названием Abell 2744, сохраненным в резервной копии. по данным Хаббла. Абелл 2744 настолько плотен, что пространство-время искажается вокруг него, образуя космическую линзу; любой далекий свет, проходящий к нам через это пространство-время, увеличивается. Это позволило исследователям увидеть крошечные карликовые галактики вблизи космического рассвета.
Затем они использовали JWST для получения детальных спектров этих крошечных галактик. Их анализ показал, что эти карликовые галактики не только являются самым распространенным типом галактик в ранней Вселенной, но и намного ярче, чем ожидалось. Фактически, исследование группы показывает, что карликовые галактики превосходят по численности большие галактики в соотношении 100 к 1, а их коллективное излучение в четыре раза превышает ионизирующее излучение, обычно предполагаемое для более крупных галактик.
«Эти космические электростанции в совокупности излучают более чем достаточно энергии для выполнения работы», — говорит Атек. «Несмотря на свой крошечный размер, эти галактики с малой массой являются обильными производителями энергетического излучения, и их численность в этот период настолько значительна, что их коллективное влияние может изменить все состояние Вселенной».
Это Это лучшее доказательство силы, стоящей за реионизацией, но предстоит еще многое сделать. Исследователи посмотрели на один небольшой участок неба; им необходимо убедиться, что их выборка — это не просто аномальное скопление карликовых галактик, а репрезентативная выборка всего населения космического рассвета.
Они намерены изучить больше областей космических линз небо, чтобы получить более широкую выборку населения ранних галактик. Но только на этом образце результаты невероятно впечатляющие. Ученые искали ответы на вопрос о реионизации с тех пор, как мы о ней узнали. Мы находимся на грани того, чтобы наконец развеять туман.
«С JWST мы вступили на неизведанную территорию», — говорит астрофизик Темия Нанаяккара из Технологического университета Суинберна в Австралии.
«Эта работа открывает еще больше интересных вопросов, на которые нам нужно ответить, пытаясь составить схему эволюционной истории нашего происхождения».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
