Kozmička zora, razdoblje poznato kao epoha reionizacije, označila je ključan trenutak u povijesti svemira. Tijekom tog vremena, prve zvijezde i galaksije osvijetlile su hladan, mračan svemir, mijenjajući strukturu materije koja ih je okruživala. Astronomi su dugo vjerovali da je ovaj proces završio približno milijardu godina nakon Velikog praska. Međutim, novi podaci prikupljeni pomoću svemirskog teleskopa James Webb (JWST) sugeriraju da je reionizacija mogla završiti nekoliko stotina milijuna godina ranije.
Što je reionizacija svemira?
Reionizacija se odnosi na razdoblje kada su prve zvijezde i galaksije počele mijenjati okolnu materiju u svemiru.
Na samom početku, svemir je bio gusta plazma sastavljena od protona i elektrona. Kako se hladio, protoni i elektroni spojili su se u neutralne atome vodika, čime je započelo tzv. “mračno doba” svemira. Otprilike 100 milijuna godina kasnije, pojavile su se prve zvijezde, označavajući početak epohe reionizacije.
Te prve zvijezde bile su izrazito masivne—neke čak do 300 puta veće od našeg Sunca. Emitirale su ogromne količine ekstremne ultraljubičaste (EUV) radijacije, dovoljno snažne da ionizira okolne atome vodika. Ovaj proces ionizacije rezultirao je time da je veći dio svemira, koji je dotad bio neutralan, postao ioniziran, čime je završena epoha reionizacije.
Neočekivani podaci
Prethodni modeli sugerirali su da je reionizacija završila oko milijardu godina nakon Velikog praska.
Ovi modeli temelje se na neizravnim dokazima, poput mjerenja kozmičke mikrovalne pozadine (CMB), zračenja koje potječe iz vremena Velikog praska, kao i analize Lyman-alfa apsorpcijskog niza, koji prati promjene u vodiku. Na temelju ovih podataka, astronomi su procjenjivali količinu energije potrebnu za potpunu ionizaciju svemira.
Međutim, podaci dobiveni svemirskim teleskopom James Webb doveli su u pitanje točnost ovih modela. Teleskop je otkrio daleko veći broj galaksija koje emitiraju ekstremnu ultraljubičastu svjetlost nego što se očekivalo. Ovi nalazi sugeriraju da je reionizacija mogla završiti već 650 milijuna godina nakon Velikog praska—što je gotovo 350 milijuna godina ranije nego što predviđaju dosadašnji modeli.
“Kad bismo se u potpunosti oslonili na podatke James Webb teleskopa, to bi značilo da je reionizacija završila puno ranije, što je u suprotnosti s onim što znamo iz kozmičke mikrovalne pozadine i Lyman-alfa apsorpcijskog niza,” objašnjava Julian Muñoz, izvanredni profesor astronomije na Sveučilištu u Teksasu i glavni autor studije.
Kako objasniti razlike?
Jedna od mogućnosti je da su trenutni modeli reionizacije nepotpuni. Proces rekombinacije, tijekom kojeg se ionizirani protoni i elektroni ponovno spajaju u neutralne atome vodika, mogao je biti češći nego što se prije mislilo. Ako se rekombinacija događala češće, to bi značilo da je bilo potrebno više ekstremne ultraljubičaste radijacije da bi se ioniziralo cijeli svemir, što bi pomaknulo kraj reionizacije na raniji datum.
“Moramo dublje proučiti galaksije i bolje razumjeti proces rekombinacije,” kaže Muñoz. “Ova napetost koju sada vidimo mogla bi biti ključ za bolje razumijevanje kako se rani svemir razvijao.”
Pogled u budućnost
Otkriće JWST-a moglo bi otvoriti vrata daljnjim istraživanjima koja bi pružila bolji uvid u procese koji su oblikovali prve galaksije i zvijezde tijekom epohe reionizacije. Bolje razumijevanje ovog ključnog razdoblja omogućilo bi astronomima da odgovore na važna pitanja o strukturi svemira i silama koje upravljaju njegovom evolucijom.
“Rješavanje ove napetosti ključno je za razumijevanje kako i zašto svemir izgleda ovako kako danas izgleda,” zaključuje Muñoz. Nadolazeće godine promatranja s James Webb teleskopom mogle bi donijeti revolucionarna otkrića.
Podaci koje pruža James Webb teleskop već sada preispituju naše dosadašnje razumijevanje ranog svemira, otvarajući nova pitanja o vremenskom okviru ključnih događaja poput reionizacije.
