Примерно через миллиард лет после Большого взрыва Вселенная стала полностью прозрачной в результате «реионизации», происхождение которой остается во многом загадочным. Новые данные свидетельствуют о том, что это странное явление было вызвано излучением первичных галактик. Это излучение должно было достаточно нагреть окружающий газ, чтобы реионизировать его и сделать прозрачным.
Первые несколько миллиардов лет после Большого Взрыва (более 13,8 миллиардов лет назад) — особенно изменчивый и нестабильный период. В течение первой тысячи лет во Вселенной преобладала дымка горячего ионизированного газа, состоящего из водорода (75%), гелия (25%) и следовых количеств лития и дейтерия. В этот период, метко названный Темными веками, свет не мог проникнуть сквозь газ.
Прозрачность, позволяющая свету рассеиваться
Примерно через 300 000 лет после Большого взрыва непрозрачная газообразная туманность, доминировавшая в ранней Вселенной, постепенно остыла, позволив протонам и электронам объединиться в атомы. Эта стадия, известная как «рекомбинация» и продолжающаяся 150 миллионов лет, является первой крупной переходной фазой Вселенной. Уменьшение числа свободных электронов позволило свету распространяться через газ. Но в это время не было источников света, подобных звездам.
Чуть позже газ постепенно конденсировался, позволив образоваться звездам и галактикам. Рождение этих галактик вызвало второй крупный переход, когда газ начал нагреваться, а затем повторно ионизироваться. В результате этого явления примерно через миллиард лет после Большого взрыва Вселенная стала полностью прозрачной, позволив свету свободно распространяться.
Ученые считают, что реионизация была вызвана высокоэнергетическим ультрафиолетовым излучением, испускаемым примитивными галактиками. Однако останки того времени редки и слишком далеки. Наши обычные телескопы, обзор которых в настоящее время затуманен миллиардами тонн материи, пока не смогли подтвердить эту теорию.
Сегодня космический телескоп Джеймса Уэбба меняет это положение, предоставляя новые данные, подтверждающие эту гипотезу. Многоканальный анализ этих данных, опубликованных на сервере препринтов , наконец приоткрывает завесу над этой загадочной фазой нашей вселенной.
Реионизационные "пузыри"
Исследование Университета Гронингена в Нидерландах основано на первом обнаружении определенной длины волны водорода, известной как «альфа-водород», испускаемой во время реионизации, что указывает на образование звезд. На самом деле неоднородность плотности, преобладавшая в этот период, была такова, что атомы водорода начали сталкиваться и сильно нагреваться. По мере того как газ продолжал коллапсировать, он накапливал огромное количество вещества.
Обратите внимание: Новое исследование может в конечном итоге подтвердить или отклонить теорию Большого взрыва.
В результате примитивные звезды были очень массивными и быстро превратились в сверхновые или гиперновые. Эти крайне нестабильные звезды излучают высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение, которое поглощается окружающим газом. Реионизируясь в ходе этого процесса, водород излучает излучение определенной длины волны (альфа).Данные голландских исследователей показывают, что наиболее мощные всплески альфа-водорода соответствовали образованию примерно четверти всей плотности звездного вещества. Эти результаты позволяют предположить, что эти два элемента сыграли ключевую роль в процессе реионизации Вселенной.
С другой стороны, японцы дополнить эти данные, предположив, что реионизация не была однородным процессом, а постепенно распространялась, образуя сначала характерные пузырьки вокруг областей ультрафиолетового излучения. «Уэбб не только ясно показывает, что эти прозрачные области находятся вокруг галактик, но мы также измерили их размер», — объясняет ведущий автор Даичи Кашино из Университета Нагои. «Благодаря данным Уэбба мы видим, как галактики реионизируют газ вокруг себя», — добавляет он.
Эти прозрачные области газа будут гигантскими (около 4 миллионов световых лет в диаметре) по сравнению с галактиками, а затем растянутся (радиация реионизирует атомы в результате рекомбинации), чтобы в конечном итоге слиться и покрыть все пространство. Для аналогии галактику можно сравнить с горошиной, подвешенной в центре воздушного шара. Более того, эти примитивные галактики (существовавшие уже через 900 миллионов лет после Большого взрыва) не имели ничего общего с современными галактиками и были чрезвычайно активны.
Другая группа момент перед окончанием реионизации, когда Вселенная не была ни полностью прозрачной, ни полностью непрозрачной. Другими словами, когда существовали разные состояния газа. Для этого ученые направили телескоп Джеймса Уэбба на примитивный квазар, в центре которого находится очень активная и чрезвычайно яркая сверхмассивная черная дыра. Этот свет позволил изолировать различные состояния газа между рассматриваемым квазаром и нашей точкой наблюдения.
Когда свет от квазара проходил через пространство, он либо поглощался непрозрачным (неионизированным) газом, либо проходил через прозрачный (ионизированный) газ. «Освещая газ вдоль нашего луча зрения, квазар дает нам подробную информацию о его составе и состоянии», — объясняет Анна-Кристина Эйлерс из Массачусетского технологического института. Эти данные позволили ученым идентифицировать галактики, лежащие близко к этому лучу зрения, и сделать вывод, что прозрачные области вокруг них имеют радиус около 2 миллионов световых лет.
Кроме того, Эйлерс и его команда обнаружили, что черная дыра в центре этого квазара является самой массивной из известных в ранней Вселенной, ее масса составляет почти 10 миллиардов масс Солнца. На данный момент астрономы не могут объяснить причины такой массы. Но благодаря «Джеймсу Уэббу» им удалось идентифицировать 117 галактик, существовавших с момента реионизации.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
- Посреди пустыни на севере Перу стоит древняя стена длиной около десяти километров, построенная народом Чиму, древней цивилизацией доколумбовой эпохи, которая процветала в этом регионе с IX по XV век
- Оценка возраста шаровых звездных скоплений, таких как M92, возможно, положит конец давнему космическому спору о возрасте Вселенной