Мы наконец знаем, как на заре времен зажегся свет
Мы, возможно, наконец узнаем, что первым осветило космический рассвет в ранней Вселенной.
Согласно данным космических телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», источником свободно летающих фотонов на раннем космическом рассвете были маленькие карликовые галактики, которые вспыхнули к жизни, очистив туман мутного водорода, заполнявший межгалактическое пространство. Статья об исследовании была опубликована в феврале 2024 года.
«Это открытие раскрывает решающую роль, которую ультратусклые галактики сыграли 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 малой массы галактики в формировании истории Вселенной».
Посмотрите видео ниже, чтобы получить краткое изложение:
В начале Вселенной, через несколько минут после Большого взрыва, пространство было заполнено горячим, плотным туманом ионизированной плазмы. Тот небольшой свет, который был, не смог бы проникнуть сквозь этот туман; фотоны просто рассеялись бы на свободных электронах, плавающих вокруг, фактически сделав Вселенную темной.
Когда Вселенная остыла, примерно через 300 000 лет, протоны и электроны начали объединяться, образуя нейтральный водород (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 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! Свет был включен.
Но поскольку на космическом рассвете так много мрака, а он настолько тусклый и находится далеко во времени и пространстве, нам было трудно увидеть, что там.
Ученые считали, что источники, ответственные за большую часть прояснения, должны были быть мощными – например, огромные черные дыры, чья аккреция производит яркий свет, и большие галактики в муках звездообразования (детские звезды производят много ультрафиолетового излучения). свет).
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 ключевыми игроками в реионизации.
Международная группа под руководством астрофизика Хакима Атека из Парижского института астрофизики обратилась к данным JWST о скоплении галактик под названием Abell 2744, подкрепленным данными Хаббла.
Abell 2744 настолько плотна, что пространство-время искажается вокруг нее, образуя космическая линза; 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 подробных 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, 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.
«Эти космические электростанции в совокупности излучают более чем достаточно энергии, чтобы выполнить свою работу», — сказал Атек.
«Несмотря на свой крошечный размер, эти галактики с малой массой являются плодовитыми производителями энергетического излучения, и их численность в этот период настолько значительна, что их коллективное влияние может изменить все состояние Вселенной».
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 представляет собой не просто аномальное скопление карликовых галактик, а репрезентативную выборку 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, наконец, развеять туман.
По теме: Чрезвычайно редкая звезда сохраняет следы первого света Вселенной
«С JWST мы вступили на неизведанную территорию», — сказала астрофизик Темия Нанаяккара из Технологического университета Суинберна в Австралии.
«Эта работа открывает более интересные вопросы, на которые нам нужно ответить в наших усилиях по составлению карты эволюционной истории. нашего начала».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Более ранняя версия этой статьи была первоначально опубликована в марте 2024 года.
