Ξέρουμε επιτέλους τι έφερε το φως στο σκοτεινό, άμορφο κενό του πρώιμου σύμπαντος.

Σύμφωνα με δεδομένα από τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και James Webb, η προέλευση των φωτονίων που πετούν ελεύθερα στην αυγή του πρώιμου σύμπαντος ήταν μικροί νάνοι γαλαξίες στους οποίους φούντωσε η ζωή, καθαρίζοντας τη θολή ομίχλη υδρογόνου που γέμιζε τον διαγαλαξιακό χώρο. Νέο χαρτί Η έρευνα δημοσιεύτηκε τον Φεβρουάριο.

«Αυτή η ανακάλυψη αποκαλύπτει τον κρίσιμο ρόλο που έπαιξαν οι εξαιρετικά αμυδροί γαλαξίες στην εξέλιξη του πρώιμου σύμπαντος». Η αστροφυσικός Irina Chemerinska είπε Από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής στο Παρίσι.

“Παράγουν ιοντιζόμενα φωτόνια που μετατρέπουν το ουδέτερο υδρογόνο σε ιονισμένο πλάσμα κατά τον κοσμικό επαναιονισμό. Αυτό υπογραμμίζει τη σημασία της κατανόησης των γαλαξιών χαμηλής μάζας στη διαμόρφωση της ιστορίας του σύμπαντος.”

Στην αρχή του σύμπαντος, λίγα λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το διάστημα γέμισε με μια πυκνή ομίχλη ιονισμένου πλάσματος. Το λίγο φως που υπήρχε θα μπορούσε να διαπεράσει αυτή την ομίχλη. Αντίθετα, τα φωτόνια θα είχαν απλώς διασκορπιστεί από ελεύθερα ηλεκτρόνια που επιπλέουν γύρω, κάνοντας ουσιαστικά το σύμπαν σκοτεινό.

Καθώς το σύμπαν ψύχθηκε, μετά από περίπου 300.000 χρόνια, τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια άρχισαν να ενώνονται για να σχηματίσουν ουδέτερο αέριο υδρογόνο (και λίγο ήλιο). Τα περισσότερα μήκη κύματος φωτός ήταν σε θέση να διαπεράσουν αυτό το ουδέτερο μέσο, ​​αλλά υπήρχαν λίγες πηγές φωτός για να το παράγουν. Αλλά από αυτό το υδρογόνο και το ήλιο, γεννήθηκαν τα πρώτα αστέρια.

Αυτά τα πρώτα αστέρια εξέπεμψαν ακτινοβολία που ήταν αρκετά ισχυρή για να αφαιρέσει τα ηλεκτρόνια από τους πυρήνες τους και να επαναιονίσει το αέριο. Αλλά σε αυτό το σημείο, το σύμπαν είχε επεκταθεί τόσο πολύ που το αέριο απλώθηκε και δεν μπορούσε πλέον να εμποδίσει το φως να λάμψει. Περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το τέλος της περιόδου που είναι γνωστή ως κοσμική αυγή, το σύμπαν επαναιονίστηκε πλήρως. Τάντα! Τα φώτα άναψαν.

Αλλά επειδή υπάρχει τόση θολούρα στην κοσμική αυγή και επειδή είναι τόσο αμυδρή και απόμακρη στο χρόνο και στο χώρο, δυσκολευτήκαμε να δούμε τι υπάρχει εκεί έξω. Οι επιστήμονες πίστευαν ότι οι πηγές που ευθύνονται για το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ομίχλης πρέπει να είναι ισχυρές – τεράστιες μαύρες τρύπες των οποίων η συσσώρευση παράγει έντονο φως, για παράδειγμα, και τεράστιοι γαλαξίες στη μέση του σχηματισμού άστρων (τα μωρά αστέρια παράγουν πολλή υπεριώδη ακτινοβολία).

Το τηλεσκόπιο James Webb σχεδιάστηκε εν μέρει για να κοιτάξει την αυγή του σύμπαντος και να προσπαθήσει να καταλάβει τι κρύβεται εκεί. Ήταν μια τεράστια επιτυχία, αποκαλύπτοντας κάθε είδους εκπλήξεις για αυτήν την κρίσιμη στιγμή για το σχηματισμό του σύμπαντος μας. Παραδόξως, οι τηλεσκοπικές παρατηρήσεις δείχνουν τώρα ότι οι νάνοι γαλαξίες είναι οι κύριοι παίκτες στον επαναιονισμό.

Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής τον αστροφυσικό Hakim Atiq του Ινστιτούτου Αστροφυσικής στο Παρίσι στράφηκε στα δεδομένα του τηλεσκοπίου James Webb για μια ομάδα γαλαξιών που ονομάζεται Abell 2744, που υποστηρίζονται από δεδομένα από το Hubble. Το Abell 2744 είναι τόσο πυκνό που ο χωροχρόνος κάμπτεται γύρω του, σχηματίζοντας έναν κοσμικό φακό. Κάθε μακρινό φως που μας ταξιδεύει μέσω αυτού του χωροχρόνου μεγεθύνεται. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να δουν μικρούς νάνους γαλαξίες κοντά στην κοσμική αυγή.

Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν το τηλεσκόπιο James Webb για να αποκτήσουν λεπτομερή φάσματα αυτών των μικρών γαλαξιών. Η ανάλυσή τους αποκάλυψε ότι αυτοί οι νάνοι γαλαξίες δεν είναι μόνο ο πιο άφθονος τύπος γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν, αλλά είναι επίσης πολύ φωτεινότεροι από το αναμενόμενο. Στην πραγματικότητα, η έρευνα της ομάδας δείχνει ότι οι νάνοι γαλαξίες υπερτερούν αριθμητικά των μεγάλων γαλαξιών 100 προς ένα και ότι η συνολική τους απόδοση είναι τετραπλάσια από την ιονίζουσα ακτινοβολία που συνήθως θεωρείται για μεγαλύτερους γαλαξίες.

«Σε συνδυασμό, αυτές οι κοσμικές δυνάμεις εκπέμπουν περισσότερη από αρκετή ενέργεια για να ολοκληρώσουν την αποστολή». είπε ο Ατίκ«Παρά το μικρό τους μέγεθος, αυτοί οι γαλαξίες χαμηλής μάζας παράγουν τεράστιες ποσότητες ενεργειακής ακτινοβολίας και η αφθονία τους κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου είναι τόσο μεγάλη που η συλλογική τους επίδραση θα μπορούσε να μεταμορφώσει ολόκληρη την κατάσταση του σύμπαντος».

Είναι η καλύτερη απόδειξη της δύναμης πίσω από τον επαναιονισμό, αλλά πρέπει να γίνει περισσότερη δουλειά. Οι ερευνητές κοίταξαν ένα μικρό κομμάτι του ουρανού. Πρέπει να είναι σίγουροι ότι το δείγμα που επιλέγουν δεν είναι απλώς μια ανώμαλη συλλογή νάνων γαλαξιών, αλλά μάλλον μια συλλογή που αντιπροσωπεύει ολόκληρο τον πληθυσμό στην αυγή του σύμπαντος.

Οι επιστήμονες σκοπεύουν να μελετήσουν περισσότερες περιοχές κοσμικών φακών στον ουρανό για να λάβουν ένα ευρύτερο δείγμα πρώιμων σμηνών γαλαξιών. Αλλά τα αποτελέσματα είναι πολύ ενδιαφέροντα μόνο για αυτό το δείγμα. Οι επιστήμονες κυνηγούν απαντήσεις στον επαναιονισμό από τότε που το γνωρίζουμε. Και θα σηκώσουμε επιτέλους την ομίχλη.

“Έχουμε εισέλθει πλέον σε αχαρτογράφητη περιοχή με το JWST.” είπε ο αστροφυσικός Thimya Nanayakkara Από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Swinburne στην Αυστραλία.

«Αυτό το έργο ανοίγει πιο συναρπαστικά ερωτήματα στα οποία πρέπει να απαντήσουμε στις προσπάθειές μας να χαράξουμε την εξελικτική ιστορία των απαρχών μας».

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο φύση.

Η αρχική έκδοση αυτού του άρθρου δημοσιεύθηκε τον Μάρτιο του 2024.