„Космички светионици“ – Веб открива тајне првог светла универзума

Пионирска посматрања свемирског телескопа Џејмс Веб откривају кључну улогу галаксија мале масе у рејонизацији раног универзума, доводећи у питање постојеће теорије космичке еволуције.

Научници који раде са подацима НАСА-иног свемирског телескопа Џејмс Веб (ЈВСТ) добили су прве комплетне спектре неких од најстаријих звезданих светлости у свемиру. Слике пружају најјаснију слику новорођених галаксија веома мале масе, које су настале мање од милијарду година након Великог праска, и сугеришу да младе галаксије имају централну улогу у причи о космичком пореклу.

Међународни тим истраживача, укључујући два астрофизичара Пенн Стате, недавно је објавио своје налазе у часопису природа. Спектри откривају неке од првих видљивих светлости из периода у универзуму познатог као рејонизација, који је био подстакнут доласком првих звезда и галаксија.

Слике дубоког поља које је направио НАСА-ин свемирски телескоп Џејмс Веб пружиле су прве погледе на изузетно слабе галаксије које су истраживачи идентификовали као јаке кандидате за објекте који су изазвали рејонизацију универзума. Извор слике: Хаким Атик/Универзитет Сорбона/ЈВСТ

Примордијални универзум: Прелазак из таме у светлост

Нормална материја у универзуму почела је као врућа, густа магла састављена скоро у потпуности од језгара водоника и хелијума, објаснио је Џоел Лига, доцент астрономије и астрофизике на Пенн Стате-у и аутор рада. Како се ширио и хладио, појединачни протони и електрони су почели да се везују, формирајући неутрални водоник по први пут. Отприлике 500 до 900 милиона година касније велика експлозијаНеутрални водоник – који је преовладавао у раном универзуму – почео је поново да се раздваја у јонизовани гас, стимулишући формирање звезда и галаксија и подижући првобитну маглу како би светлост по први пут могла несметано да путује кроз универзум.

„Нешто се покренуло и почело је да пумпа фотоне веома високе енергије у празнину између галаксија“, рекао је Лига. „Ови извори су деловали као космички светионици који су сагоревали неутралну водоничну маглу. Шта год да је ово било, било је толико енергично и упорно да је цео универзум поново постао јонизован.“

Пионири галаксије: улога галаксија мале масе

Анализом спектра малих галаксија мале масе, научници су показали да су мале галаксије јаки кандидати за „ствар“ која је рејонизовала универзум загревањем густог првобитног гаса око њих и јонизујући претходно неутрални водоник.

„Ако су друге галаксије мале масе у универзуму уобичајене и живахне као ове, онда мислимо да смо коначно стигли до светионика који су сагорели космичку маглу“, рекао је Лига. „Биле су невероватно активне звезде у многим, многим малим галаксијама.“

Леија је додао да се очекује да ће већина галаксија у раном универзуму бити релативно мала, што отежава проучавање њихове фреквенције и својстава. Захваљујући технолошком открићу омогућеном јединственом комбинацијом осетљивости свемирског телескопа Џејмс Веб и ефекта гравитационог сочива Абеловог кластера 2744 — оближњих галаксија које делују као космичка лупа, изобличујући простор и појачавајући светлост позадинских галаксија — то сада је могуће одредити обиље малих галаксија и њихова јонизујућа својства у року од милијарду година.Први пут у универзуму.

„Открили смо да мале галаксије премашују масивне галаксије за око стотину према један током ове епохе рејонизације универзума“, рекао је Хаким Атик, астрофизичар са Универзитета Сорбона, истраживач на Париском институту за астрофизику и први аутор рада, речено је у саопштењу за јавност. „Ова нова запажања такође откривају да су ове мале галаксије произвеле велику количину јонизујућих фотона, премашујући четири пута основне вредности које се нормално претпостављају за удаљене галаксије. То значи да укупан ток јонизујућих фотона које емитују ове галаксије далеко премашује потребан праг за рејонизацију.”

Приказ космичке еволуције: будући правци

Тим Пенн Стате је водио моделирање за истраживање УНЦОВЕР, које је циљало на велико јато галаксија у првом плану које је сликало мање, удаљеније галаксије. Истраживачи у Пенн Стате-у анализирали су све мале тачке светлости у скенирању да би разумели својства објекта, као и његову масу и вероватне удаљености. Ова анализа је затим коришћена за вођење детаљнијих опсервација ЈВСТ-а које су довеле до овог открића, објаснио је Лија.

Пре ових резултата, постојао је низ хипотеза које су идентификовале друге изворе одговорне за космичку рејонизацију, као што су супермасивне црне рупе; Велике галаксије са масом већом од милијарду соларних маса; И мале галаксије са масом мањом од милијарду соларних маса. Истраживачи су рекли да се потврда хипотезе о галаксијама мале масе показала посебно тешком, с обзиром на њихов ниски сјај, али нови резултати пружају најјаснији доказ до сада да су галаксије мале масе играле централну улогу у рејонизацији универзума.

Истраживачи сада желе да прошире студију на већи обим како би осигурали да специфична локација коју су анализирали представља просечну дистрибуцију галаксија у универзуму. Осим процеса рејонизације, њихова запажања пружају увид у процес раног формирања звезда, како су галаксије настале из првобитног гаса и како су еволуирале у универзум који данас познајемо.

Референца: „Већина фотона који су рејонизовали универзум дошла је из патуљастих галаксија“ од Хакима Атика, Ива Лапеа, Лукаса Ј. Седона Х. Прајс, Пратика Дајал, Ади Зитрин, Василиј Кокорев, Џон Р. Вивер, Габриел Браммер, Петер ван Доккум, Цхристина Ц. Вилијамс, Сем Е. Катлер, Роберт Фелдман, Јошинобу Фудамото, Џени Е. Грин, Џоел Леија, Мајкл В. Мацеда, Адам Музин, Рицхард Пан, Цасеи Паповицх и Ерика Ј. Нелсон, Тхемиа Нанаиаккара и Даниел Б. Старк, Мауро Стефаноне и Кетрин А. Сус, Бингјие Ванг и Цатхерине Е. Витакер, 28. фебруар 2024. природа.
дои: 10.1038/с41586-024-07043-6

Бингии Ванг, постдокторски истраживач астрофизике, други је коаутор студије из Пенн Стате. Комплетан списак аутора и њихових институција доступан је у објављеном раду. Истраживачи признају финансирање и подршку Француског Националног центра за свемирске студије, Националног програма за космологију и галаксије, ЦЕА, Центра космичке зоре, Данске националне истраживачке фондације, Аустралијског истраживачког савета, САДА, Програма Росалинд Франклин из Заједнички фонд Европске комисије и Универзитет у Гронингену. Америчко-израелска национална научна фондација, Национална научна фондација САД (НСФ), Министарство науке и технологије, Израел и НОИРЛабЊиме управља Конзорцијум универзитета за истраживање у астрономији према споразуму о сарадњи са НСФ-ом.