Мы наконец 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 «Хаббл» 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. Новая статья об исследовании была опубликована в феврале.
«Это открытие раскрывает решающую роль, которую играют ультра -слабые галактики в эволюции ранней Вселенной», — сказала 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 ионизированных плазма. 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.
Как Вселенная остыв, примерно через 300 000 лет протоны и электроны начали объединяться, образуя нейтральный газ водорода (и немного гелия).
Большинство длин волн света могли 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 очень сильное излучение достаточно, 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 потому что в космическом рассвете так много мрака, и потому что он такой тусклый и далеко во времени и пространстве нам было трудно увидеть, что там находится.
Ученые считали, что источники, ответственные за большая часть поляна, должно быть, была мощной – например, огромные черные дыры, аккреция которых производит яркий свет, и большие галактики в муках звездообразования (детские звезды производят много ультрафиолетового света).
JWST был разработан, в частности, для того, чтобы заглянуть в космический рассвет и попытаться увидеть, что там скрывается. Оно оказалось очень успешным и раскрыло 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.
Abell 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 получить подробные спектры 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.
На самом деле, исследования группы показывают, 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. галактик.
«Эти космические электростанции в совокупности излучают более чем достаточно энергии для выполнения работы», — сказал Атек. .
«Несмотря на свой крошечный размер, эти маломассивные галактики являются обильными производителями энергичного излучения, и их численность в этот период настолько значительна, что их коллективное влияние может изменить всё состояние Вселенной.»
Это лучшее свидетельство того, какая сила стоит за этим. реионизация, 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 неба с космическими линзами, чтобы получить более широкую выборку раннего галактического населения. 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 окончательно развеять туман.
«Теперь мы вступили на неизведанную территорию с JWST», — сказала астрофизик Темия Нанаяккара из Технологического университета Суинберна в Австралии.
«Это работа открывает более интересные вопросы, на которые нам нужно ответить, пытаясь составить схему эволюционной истории наших зарождений.»
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Версия этой статьи была первоначально опубликована в марте 2024 года.
