Astronomowie twierdzą, że galaktyki gwiazdotwórcze ponownie zjonizowały wczesny Wszechświat

Zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, niemowlęcy Wszechświat był wypełniony nieprzezroczystym gazowym wodorem, który zatrzymuje światło o określonych długościach fal z gwiazd i galaktyk. W ciągu pierwszego miliarda lat gaz stał się całkowicie przezroczysty, umożliwiając swobodny przepływ światła. Astrofizycy od dawna poszukiwali twardych dowodów na wyjaśnienie tej inwersji. Nowe dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba NASA/ESA/CSA dały odpowiedź, wykorzystując gromadę galaktyk, która istniała, gdy Wszechświat miał zaledwie 900 milionów lat. Gwiazdy w tych galaktykach emitują wystarczająco dużo światła, aby zjonizować i ogrzać otaczający je gaz, tworząc ogromne, przezroczyste bąbelki; W końcu te bąbelki połączyły się i połączyły, dając dzisiejszą jasną, wszechogarniającą wizję.

„Webb nie tylko wyraźnie pokazał, że te przezroczyste obszary istnieją wokół galaktyk, ale także zmierzyliśmy ich rozmiar” – powiedział Daiichi Kashino, astronom z Uniwersytetu Nagoya.

„Korzystając z danych Webba, widzimy galaktyki rejonizujące otaczający je gaz”.

„Te obszary przezroczystego gazu są gigantyczne w porównaniu z galaktykami – wyobraź sobie balon na ogrzane powietrze z zawieszonym w nim groszkiem”.

„Dane Webba pokazują, że te stosunkowo małe galaktyki wywołały rejonizację, oczyszczając ogromne obszary przestrzeni wokół siebie”.

„Przez następne 100 milionów lat te przezroczyste bąbelki stawały się coraz większe, ostatecznie łącząc się i powodując, że cały wszechświat stał się przezroczysty”.

Kashino i jego koledzy celowali w czas przed końcem ery rejonizacji, kiedy wszechświat nie był ani całkowicie czysty, ani całkowicie nieprzejrzysty – zawierał mieszaninę gazów w różnych stanach.

Skupili Webba na kwazarze SDSS J0100+2802, niezwykle jasnej supermasywnej czarnej dziurze, która działa jak ogromna latarka, oświetlając gaz między kwazarem a teleskopem.

Gdy światło kwazara wędrowało w naszym kierunku przez różne obszary gazu, było albo absorbowane przez nieprzezroczysty gaz, albo swobodnie poruszało się przez przezroczysty gaz.

„Oświetlając gaz wzdłuż naszej linii wzroku, kwazar dostarcza nam wyczerpujących informacji o składzie i stanie gazu” – powiedziała Anna-Christina Ehlers, astronom z MIT.

Następnie astronomowie wykorzystali Webba do zidentyfikowania galaktyk znajdujących się blisko tej linii wzroku i wykazali, że galaktyki są na ogół otoczone przezroczystymi obszarami o promieniu około dwóch milionów lat świetlnych.

Innymi słowy, Webb obserwował galaktyki w procesie ewakuacji przestrzeni wokół nich pod koniec ery rejonizacji.

Aby spojrzeć na to z perspektywy, obszar opuszczony przez te galaktyki znajduje się mniej więcej w tej samej odległości między naszą Drogą Mleczną a Galaktyką Andromedy.

Do tej pory astronomowie nie mieli ostatecznego dowodu na to, co powoduje rejonizację — przed Webbem nie byli pewni, co jest za to odpowiedzialne.

„Jak wyglądają te galaktyki? Są o wiele bardziej chaotyczne niż te w pobliskim wszechświecie” – powiedział Jurit Mate, astronom ETH Zürich.

„Webb pokazuje, że aktywnie formowali gwiazdy i musieli wywołać wiele supernowych. Mieli bardzo przedsiębiorczego młodego człowieka!”

„Po drodze wykorzystaliśmy dane Webba, aby potwierdzić, że czarna dziura kwazara w centrum tego pola jest najbardziej masywną znaną obecnie we wczesnym wszechświecie, ważącą 10 miliardów mas Słońca”.

„Nadal nie potrafimy wyjaśnić, w jaki sposób kwazary mogły urosnąć do takiej wielkości na tak wczesnym etapie historii wszechświata. To kolejna zagadka do rozwiązania”.

Niezwykłe obrazy Webba nie ujawniły również żadnych dowodów na to, że światło z kwazara było soczewkowane grawitacyjnie, zapewniając, że pomiary masy są ostateczne.

Zespół wkrótce zagłębi się w poszukiwaniach galaktyki w pięciu dodatkowych sferach, z których każda jest zakotwiczona przez centralny kwazar.

Wyniki Webba z pierwszego pola były tak jasne, że nie mogli się doczekać, aby je udostępnić.

„Spodziewaliśmy się zidentyfikować kilkadziesiąt galaktyk, które istniały w erze rejonizacji – ale z łatwością udało nam się zidentyfikować 117. Webb przekroczył nasze oczekiwania” – powiedział dr Cashino.

Wyniki pojawiają się w Dziennik astrofizyczny.