Napokon otkriveno što je ‘osvijetlilo’ zoru svemira

Znanstvenici su konačno otkrili što je donijelo svjetlo u tamnu i bezobličnu prazninu ranog svemira.

---

Prema podacima iz Svemirskih teleskopa Webb i Hubble, izvori slobodno letećih fotona u ranom kozmičkom svitanju bile su male patuljaste galaksije koje su zasjale, raščišćujući maglu mutnog vodika koja je ispunjavala međugalaktički prostor.

“Ovo otkriće ističe ključnu ulogu ultra-slabih galaksija u evoluciji ranog svemira,” izjavila je astrofizičarka Iryna Chemerynska s Instituta d’Astrophysique de Paris. “One proizvode ionizirajuće fotone koji transformiraju neutralni vodik u ioniziranu plazmu tijekom kozmičke reionizacije. Ovo naglašava važnost razumijevanja galaksija male mase u oblikovanju povijesti svemira.”

Početak svemira

U prvim trenucima nakon Velikog praska, svemir je bio ispunjen vrućom, gustom maglom ionizirane plazme. Svjetlost nije mogla prodrijeti kroz tu maglu; fotoni bi se jednostavno raspršili od slobodnih elektrona, čineći svemir tamnim.

Kako se svemir hladio, nakon oko 300.000 godina, protoni i elektroni počeli su se spajati u neutralni vodik i malo helija. Većina svjetlosti mogla je prodrijeti kroz ovaj neutralni medij, ali izvora svjetlosti bilo je malo. No, iz ovog vodika i helija rodile su se prve zvijezde.

Rođenje zvijezda

Te prve zvijezde emitirale su zračenje dovoljno snažno da odvoje elektrone od njihovih jezgri i reioniziraju plin. U tom trenutku, svemir se toliko proširio da je plin bio rijedak i nije mogao spriječiti svjetlost da se širi. Oko milijardu godina nakon Velikog praska, na kraju razdoblja poznatog kao kozmička zora, svemir je bio potpuno reioniziran. Svjetlost je napokon zasjala.

Zbog velike količine magle u kozmičkoj zori i njezine udaljenosti u vremenu i prostoru, znanstvenici su imali poteškoća u otkrivanju što se nalazi tamo. Pretpostavljalo se da su izvori odgovorni za većinu raščišćavanja morali biti moćni – ogromne crne rupe čija akrecija proizvodi blistavu svjetlost i velike galaksije u naletu stvaranja zvijezda.

James Webb je djelomično dizajniran da ‘zaviri‘ u kozmičku zoru i pokuša otkriti što se tamo krije. Bio je vrlo uspješan, otkrivajući brojna iznenađenja o ovom ključnom vremenu u formiranju našeg svemira. Iznenađujuće, opažanja teleskopa sada sugeriraju da su patuljaste galaksije ključni igrač u reionizaciji.

Patuljaste galaksije u fokusu

Međunarodni tim predvođen astrofizičarom Hakimom Atekom s Instituta d’Astrophysique de Paris okrenuo se JWST podacima o skupu galaksija nazvanom Abell 2744, podržan podacima iz Hubblea.

Abell 2744 je toliko gust da savija prostor-vrijeme oko sebe, stvarajući gravitacijsku leću; svaka daleka svjetlost koja putuje prema nama kroz to prostor-vrijeme postaje uvećana. To je omogućilo istraživačima da vide male patuljaste galaksije blizu kozmičke zore.

Zatim su koristili JWST za dobivanje detaljnih spektara ovih malenih galaksija. Analiza je otkrila da su ove patuljaste galaksije najzastupljenija vrsta galaksija u ranom svemiru, a ujedno su i mnogo svjetlije nego što se očekivalo. Zapravo, istraživanje tima pokazuje da patuljaste galaksije nadmašuju velike galaksije u omjeru 100 prema 1, a njihov kolektivni izlaz je četiri puta veći od ionizirajućeg zračenja koje se obično pripisuje većim galaksijama.

“Ove kozmičke energetske kuće kolektivno emitiraju više nego dovoljno energije da obave posao,” rekao je Atek. “Unatoč njihovoj maloj veličini, ove galaksije male mase su plodni proizvođači energetskog zračenja, a njihova zastupljenost tijekom ovog razdoblja je toliko velika da njihov kolektivni utjecaj može transformirati cijelo stanje svemira.

Daljnja istraživanja

Iako je ovo najbolji dokaz dosad za snagu iza reionizacije, potrebno je još rada. Istraživači su promatrali samo jedan mali dio neba; trebaju osigurati da njihov uzorak nije samo anomalni skup patuljastih galaksija, već reprezentativni uzorak cijele populacije u kozmičkoj zori.

Namjeravaju proučavati više gravitacijskih leća na nebu kako bi dobili širi uzorak ranih galaktičkih populacija. No, rezultati ovog jednog uzorka su nevjerojatno uzbudljivi. Znanstvenici već dugo traže odgovore o reionizaciji. Sada smo na rubu konačnog uklanjanja magle.

“Sada smo ušli u neistraženo područje s JWST-om,” rekao je astrofizičar Themiya Nanayakkara sa Sveučilišta tehnologije Swinburne u Australiji. “Ovaj rad otvara više uzbudljivih pitanja na koja trebamo odgovoriti u našim naporima da izgradimo evolucijsku povijest naših početaka.”