Как карликовые галактики разогнали туман и осветили Вселенную после Большого взрыва — открытие «Уэбба»

Астрономы, с помощью космического телескопа им. Джеймса Уэбб, показали, что слабые миниатюрные галактики очистили раннюю Вселенную от тумана атомарного водорода, позволив звездному свету впервые засиять в космосе. Исследование, опубликованное в Nature, доказывает, что именно карликовые галактики, примерно в 100 раз меньше Млечного Пути вызвали процесс реионизации, который изменил ход космической истории, сообщает служба новостей научного издательства.

В течение примерно 380 000 лет после Большого взрыва Вселенная представляла собой горячую и плотную печь из субатомных частиц. Когда космос остыл, свободные электроны и протоны объединились, образовав газ из нейтральных атомов водорода. За этим последовал мрачный период тьмы. Это продолжалось до тех пор, пока газ местами не схлопнулся и не образовал первые звезды, которые излучали ультрафиолетовый свет. Однако оставшийся газ, заполнявший Вселенную, либо поглощал, либо рассеивал этот свет. Вселенная напоминала туманный лес, испещренный тусклыми, мерцающими светлячками.

Чтобы сделать пространство прозрачным, нужно было бомбардировать этот газ мощным ионизирующим излучением, которое могло бы превратить нейтральные атомы водорода в заряженные частицы (ионы) водорода. Ученые долго пытались разгадать, что же испускало излучение, которое в конечном итоге очистило Вселенную. Тремя кандидатами были энергичные световые струи квазаров; массивные галактики примерно такого же размера, как Млечный Путь; карликовые галактики.

Авторы нового исследования пришли к выводу, что массивные галактики сами поглотили бы большую часть собственного ультрафиолетового света, квазаров было слишком мало, а вот карликовые галактики могли бы обеспечить легкий выход ультрафиолета. Наблюдения за молодыми карликовыми галактиками, расположенными близко к Земле, позволяют предположить, что те могут излучать ионизирующее излучение. Но карликовые галактики эпохи реионизации слишком малы и тусклы, чтобы их можно было обнаружить.

Чтобы преодолеть эту проблему, авторы воспользовались «естественным телескопом»: гравитационной линзой скопления галактик, расположенного на расстоянии около 1,2 миллиона парсеков от Земли. Это скопление настолько огромно, что искажает проходящий через него свет, увеличивая любой источник света, расположенный за линзой.

Ученые наблюдали таким образом за восемью карликовыми галактиками эпохи реионизации — когда Вселенной было меньше миллиарда лет. Используя данные, собранные «Уэббом», астрономы проанализировали длины волн ультрафиолетового света от этих галактик.

Даже эти слабые, маленькие галактики могли легко вытеснить водород вокруг себя. Исследователи также подсчитали, что карликовые галактики были достаточно многочисленны в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва, чтобы ионизировать всю Вселенную.

Каждая галактика фактически создавала пузырь прозрачности, который расширялся, все пузыри всех галактик перекрылись, завершив трансформацию. Карликовые галактики способны надуть пузыри меньшего размера, чем квазары и массивные галактики, и такие маленькие пузыри гарантируют, что реионизация протекала однородно по всему космосу. Это, в свою очередь, имело последствия для архитектуры современной Вселенной.