Nowy, jasny pomysł pokazujący, jak galaktyki oświetliły wczesny wszechświat

Galaktyki we wczesnym Wszechświecie były znacznie jaśniejsze, niż przewidywali astronomowie, ujawniają nowe odkrycia z Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Starożytne galaktyki są świecące w świetle podczerwonym, które opuściło swoje źródło w najwcześniejszym wieku galaktyk i gwiazd. Astronomowie uważają, że to odkrycie może pomóc w rozwiązaniu intrygującej tajemnicy z najwcześniejszej ery naszego Kosmosu.

Po Wielkim Wybuchu wszechświat wypełnił się energią, ale materia jeszcze nie powstała. Pierwsza materia, która powstała, miała postać zjonizowanego wodoru i helu, a światło zaczęło wypełniać kosmos. Jednak około 300 000 lat po Wielkim Wybuchu ten zjonizowany gaz stał się elektrycznie neutralny, a Wszechświat wszedł w erę, którą kosmolodzy nazywają „ciemnymi wiekami”.

Koncepcja artysty na temat tego, jak mogła wyglądać wczesna galaktyka. Aktywne formowanie gwiazd w połączeniu z częstymi zgonami gwiazd oświetliłoby gaz między gwiazdami, czyniąc galaktykę w dużej mierze nieprzejrzystą i pozostawiając te ciała o małej strukturze. Źródło zdjęcia: James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

Na początku…

Epoka Reionizacji rozpoczęła się 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu, w czasie, gdy kwazary po raz pierwszy zaczęły się kształtować i galaktyki zaczęły się rozwijać. Powoli, przez kolejne 500 milionów lat, ta reionizacja rozświetliła Wszechświat, zmieniając Kosmos z ciemnej przestrzeni w genialne miejsce, które znamy dzisiaj. To, jak doszło do reionizacji, pozostaje tajemnicą.

„To jedno z największych otwartych pytań w kosmologii obserwacyjnej. Wiemy, że tak się stało, ale co to spowodowało? Te nowe odkrycia mogą być wielką wskazówką ”- powiedział Stephane De Barros z Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii.

Złożony obraz pola galaktyk, wykonany przez teleskopy kosmiczne Hubble'a i Spitzera. Krąży najstarsze, najciemniejsze galaktyki. Obraz wstawki w prawym dolnym rogu pokazuje zbliżenie, długi czas ekspozycji jednej z tych starożytnych rodzin gwiazd. Źródło zdjęcia: NASA / JPL-Caltech / ESA / Spitzer / P. Oesch / S. De Barros / I.Labbe

Kosmiczny Teleskop Spitzer został wykorzystany do spojrzenia wstecz na najwcześniejsze galaktyki w Kosmosie, 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Badanie 135 galaktyk wykazało, że te starożytne ciała, zamieszkane przez młode, masywne gwiazdy, były zaskakująco energetyczne przy dwóch częstotliwościach światła podczerwonego. Te długości fal były zgodne ze światłem wytwarzanym przez promieniowanie jonizujące oddziałujące z wodorem i tlenem w galaktykach.

„Nie spodziewaliśmy się, że Spitzer, z lustrem nie większym niż Hula-Hoop, będzie w stanie zobaczyć galaktyki tak blisko świtu czasu. Ale natura jest pełna niespodzianek ”- powiedział Michael Werner, naukowiec projektu Spitzer w Jet Propulsion Laboratory.

Graficzne przedstawienie historii Wszechświata. Źródło zdjęcia: SG Djorgovski i in./Digital Media Center, Caltech

Aby rozjaśnić historię…

Po powstaniu materii jedynym promieniowaniem elektromagnetycznym (em), które mogło przenikać Wszechświat, były fale radiowe i światło widzialne, natomiast promieniowanie o krótszych długościach fal - na przykład światło ultrafioletowe - było wychwytywane przez atomy wodoru. W tym czasie atomy te zostały pozbawione elektronów, tworząc jony.

Dowody tej epoki reionizacji są widoczne, gdy astronomowie wspominają najwcześniejsze dni Kosmosu, podczas gdy źródło ogromnej ilości energii wymaganej do zasilania tej zmiany w całym Wszechświecie pozostaje nieznane. Gwiazdy lub galaktyki mogły być odpowiedzialne, ale wytwarzanie energii przez te ciała wymagałoby od tych ciał znacznie większej mocy niż obecnie. Jedna z teorii sugeruje, że kwazary - galaktyki z niewiarygodnie potężnymi supermasywnymi czarnymi dziurami - mogły wytworzyć energię potrzebną do jonizacji materii Kosmosu.

„Dotychczasowa historia: na początku powstał wszechświat. To bardzo rozzłościło wielu ludzi i zostało powszechnie uznane za zły ruch. ”
- Douglas Adams, restauracja na końcu wszechświata

Widzę teraz wyraźnie

„Te wyniki Spitzera są z pewnością kolejnym krokiem w rozwiązaniu tajemnicy kosmicznej reionizacji. Wiemy teraz, że warunki fizyczne w tych wczesnych galaktykach były bardzo różne niż w typowych dzisiejszych galaktykach. Zadaniem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba będzie ustalenie szczegółowych powodów, dla których ”- powiedział Pascal Oesch z Uniwersytetu Genewskiego.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który mógłby odpowiedzieć na wiele pytań, które pozostały z najwcześniejszej ery materii we Wszechświecie, ma wystrzelić w 2021 roku.