Ученые узнали, как во Вселенной появился свет. Ответ не могли найти десятки лет

Стало известно, что принесло свет в темную и бесформенную пустоту ранней Вселенной. Согласно данным космических телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», источником свободно летящих фотонов на заре космоса стали небольшие карликовые галактики. Они вспыхнули и «ожили», рассеяв туман мутного водорода, который заполнил межгалактическое пространство.

«Это открытие проливает свет на важнейшую роль карликовых галактик в ранней эволюции Вселенной. — сказала астрофизик Ирина Чемеринская. — Они производят ионизирующие фотоны, которые превращают нейтральный водород в ионизированную плазму во время космической реионизации».

В течение нескольких минут после Большого взрыва пространство Вселенной было заполнено горячим плотным туманом ионизированной плазмы. Свет не проникал сквозь него, а фотоны просто рассеивались на свободных электронах, плавающих вокруг, делая Вселенную темной.

По мере остывания, примерно через 300 тыс. лет, протоны и электроны начали собираться вместе, образуя нейтральный газ водород с небольшим количеством гелия. Большинство волн света могли проникать сквозь эту среду, но было очень мало источников, которые могли бы его излучать. Из водорода и гелия были рождены первые звезды.

Излучение этих звезд было достаточно сильным, чтобы оторвать электроны от их ядер и реионизировать газ. К этому моменту Вселенная расширилась настолько, что газ стал разреженным и не мог блокировать прохождение света. Примерно через 1 млрд лет после Большого взрыва, в конце периода, известного как «космический рассвет», она была полностью реионизирована и «свет зажегся».

Поскольку эра космического рассвета полна мрака, исследователям было сложно узнать, что там происходило. Ученые думали, что прояснение стало возможным благодаря мощным черным дырам, аккреция (наращение массы) которых производит яркий свет и галактики в процессе звездообразования.

Телескоп «Джеймс Уэбб» JWST был создан, чтобы заглянуть в космический рассвет и увидеть, что там скрывается. Миссия оказалось успешной и помогла обнаружить этапы формирования Вселенной. Наблюдения телескопа позволяют предположить, что ключевую роль в реионизации сыграли карликовые галактики.

Международная группа исследователей под руководством Хакима Атека из Парижского института астрофизики обратилась к данным JWST о скоплении галактик под названием Abell 2744, подкрепленным данными с телескопа «Хаббл». Скопление настолько плотное, что пространство и время искажаются вокруг него, образуя космическую линзу.  Любой далекий свет, проходящий через пространство и время, преломляется. Это позволило исследователям увидеть крошечные карликовые галактики на грани космического рассвета.

Ученые также использовали JWST для получения подробных спектров таких галактик. Анализ показал, что они являются не только самым распространенным источником света в ранней Вселенной, но и гораздо более ярким, чем предполагалось.

Исследователи выяснили, что число карликовых галактик превосходит количество крупных в соотношении 100:1, а их совместное излучение в четыре раза превышает ионизирующее излучение, которое обычно характерно для крупных галактик.

«Эти космические электростанции в совокупности излучают более чем достаточно энергии. — говорит Атек. — Несмотря на свои крошечные размеры, эти маломассивные галактики являются производителями энергичного излучения, и их обилие в этот период настолько значительно, что их коллективное влияние может изменить все состояние Вселенной».

По словам исследователей, это лучшее доказательство силы галактик, стоящей за реионизацией, но предстоит еще много работы. Они изучили лишь небольшой участок неба, и им необходимо убедиться, что он репрезентативен и в других местах тоже есть скопления карликовых галактик. Ученые намерены изучить больше областей космических линз на небе, чтобы получить более широкую выборку ранних галактических популяций.

«С JWST мы вступили на неизведанную территорию. — заявила астрофизик Темия Нанаяккара. — Эта работа ставит перед нами еще более захватывающие вопросы, на которые мы должны ответить, восстанавливая историю нашего происхождения».

Ранее китайский стартап Deep Blue Aerospace запустил космический туризм, предлагая 12-минутное путешествие к границам космоса. Полет запланирован на ближайшие годы, но билеты стоимостью $210 тыс. уже распроданы.