Hogy született a fény az idők hajnalán?

„És lőn világoság.” Talán végre tudjuk, hogyan került fény a korai univerzum sötét és alaktalan ürességébe.

A Hubble és a James Webb (JWST) űrteleszkópok adatai szerint a korai kozmikus hajnalban a szabadon repülő fotonok kis törpegalaxisokból származtak. Ezek életre keltek, és kitisztították az intergalaktikus teret betöltő homályos hidrogén ködét, írja a Science Alert.

„Ez a felfedezés feltárja, hogy az ultrahalvány galaxisok milyen döntő szerepet játszottak a korai Univerzum fejlődésében” – mondja Iryna Chemerynska asztrofizikus, a párizsi Institut d’Astrophysique de Paris munkatársa. „Ionizáló fotonokat termelnek, amelyek a kozmikus reionizáció során a semleges hidrogént ionizált plazmává alakítják. Ez rávilágít az alacsony tömegű galaxisok megértésének fontosságára az univerzum történetének alakulásában.”

Mi történt az ősrobbanás után?

Az univerzum kezdetén, az ősrobbanást követő perceken belül az űrt ionizált plazma forró, sűrű köde töltötte ki. A kevés fény nem hatolt volna át ezen a ködön. A fotonok egyszerűen szétszóródtak volna a körülöttük lebegő szabad elektronokról, ami gyakorlatilag sötétté tette az univerzumot.

Ahogy az univerzum lehűlt, körülbelül 300 000 év elteltével a protonok és elektronok elkezdtek összeállni, és semleges hidrogén és hélium gázt alkottak. A fény legtöbb hullámhosszúsága át tudott hatolni ezen a semleges közegen, de nagyon kevés fényforrás állt rendelkezésre. Ebből a hidrogénből és héliumból azonban megszülettek az első csillagok.

Kibocsátott sugárzásuk elég erős volt, hogy az elektronokat lefejtsék a magjukról, és újraionizálják a gázt. Ekkorra azonban az univerzum annyira kitágult, hogy a gáz diffúzzá vált, és nem tudta megakadályozni a fény kisugárzását. Körülbelül 1 milliárd évvel az ősrobbanás után, a kozmikus hajnalnak nevezett időszak végén az univerzum teljesen újraionizálódott. A „lámpák” égtek.

De mivel olyan sok a homály a kozmikus hajnalban, és távoli időben és térben, nehezen láttuk, mi van ott. A tudósok úgy gondolták, hogy a legtöbb tisztásért felelős forrásnak erősnek kellett lennie. Lehetnek például hatalmas fekete lyukak, amelyek felszaporodása lángoló fényt bocsát ki, vagy nagy galaxisok a csillagkeletkezési lázban.

A James Webb űrtávcső új kapukat nyitott ki

A JWST-t részben arra tervezték, hogy belenézzen a kozmikus hajnalba, és megpróbálja megnézni, mi rejtőzik benne. Nagyon sikeres volt, mindenféle meglepetést tárt fel univerzumunk kialakulásának e döntő időszakáról. Meglepő módon a távcső megfigyelései azt sugallják, hogy a törpegalaxisok a kulcsszereplői a reionizációnak.

Hakim Atek asztrofizikus, az Institut d’Astrophysique de Paris munkatársa által vezetett nemzetközi csapat az Abell 2744 nevű galaxishalmaz JWST-adataihoz fordult, amelyeket a Hubble-tól származó adatok is alátámasztanak. Az Abell 2744 olyan sűrű, hogy a téridő megvetemedik körülötte, és kozmikus lencsét képez. Minden távoli fény, amely ezen a téridőn keresztül eljut hozzánk, megnő. Ez lehetővé tette a kutatóknak, hogy apró törpegalaxisokat lássanak a kozmikus hajnal közelében.

Ezután a JWST segítségével részletes spektrumot kaptak ezekről az apró galaxisokról. Elemzésük feltárta, hogy ezek a törpegalaxisok nemcsak a legelterjedtebb galaxistípusok a korai univerzumban, hanem sokkal fényesebbek is a vártnál. Valójában a csapat kutatásai azt mutatják, hogy a törpegalaxisok száma 100 az 1-hez arányban meghaladja a nagy galaxisokat. Kollektív kibocsátásuk négyszerese a nagyobb galaxisoknál általában feltételezett ionizáló sugárzásnak.

„Ezek a kozmikus erőművek együttesen több mint elegendő energiát bocsátanak ki a munka elvégzéséhez” – mondja Atek. „Apró méretük ellenére ezek a kis tömegű galaxisok szaporán termelik az energetikai sugárzást, és bőségük ebben az időszakban olyan jelentős, hogy kollektív befolyásuk megváltoztathatja az univerzum egész állapotát.”

Mennyire megbízható a kutatás?

Ez az eddigi legjobb bizonyíték a reionizáció mögött meghúzódó erőre, de van még tennivaló. A kutatók az ég egyetlen kis foltját nézték meg; meg kell győződniük arról, hogy a mintájuk nem csupán egy rendellenes törpegalaxishalmaz, hanem a kozmikus hajnal teljes populációjának reprezentatív mintája.

„A JWST-vel feltérképezetlen területre léptünk” – mondja Themiya Nanayakkara asztrofizikus, az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetem munkatársa. „Ez a munka izgalmasabb kérdéseket nyit meg, amelyekre választ kell adnunk a kezdetek evolúciós történetének feltérképezésére tett erőfeszítéseink során.”

Ez is érdekelhet:

• VIDEÓ: Végre kiderült, hogy születhettek az első sejtek a Földön
• Eldőlt a nagy kérdés: mutatjuk, hogy a tyúk vagy a tojás volt-e előbb!