Co „zapaliło światło” we wczesnym Wszechświecie? Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba pomógł rozwikłać tę zagadkę

W tym artykule:

1. Światło kosmicznego świtu
2. Ultrasłabe galaktyki karłowate
3. Zakrzywienie czasoprzestrzeni
4. Formowanie się Wszechświata

U samego zarania znanego nam Wszechświata, w ciągu kilku minut po Wielkim Wybuchu, kosmos wypełniła gorąca i gęsta mgła zjonizowanej plazmy. Światło nie mogło przeniknąć przez tę mgłę, ponieważ fotony były rozpraszane przez wolne elektrony. Właśnie to powodowało, że Wszechświat był nieprzejrzysty.

Jednak około 300 tys. lat później Wszechświat już się ochłodził. Protony i elektrony zaczęły się łączyć, tworząc neutralny wodór oraz pewną ilość helu i prawdopodobnie litu. Wówczas większość fal światła mogła już przenikać przez ten neutralny ośrodek. Jednak źródeł światła było bardzo mało, więc kosmos był ciemny. Dopiero z tego wodoru i helu narodziły się pierwsze gwiazdy.

Światło kosmicznego świtu

Te pierwsze gwiazdy emitowały promieniowanie zdolne oderwać elektrony od jąder atomowych i zjonizować gaz. W tym czasie Wszechświat rozszerzył się na tyle, że doszło do rozproszenia gazu. Dlatego nie mógł on już blokować światła. Około miliarda lat po Wielkim Wybuchu, pod koniec okresu znanego jako kosmiczny świt, gaz w kosmosie został całkowicie zjonizowany. Nastąpiła tzw. rejonizacja. Światło mogło swobodnie podróżować, a Wszechświat stał się jasny.

Co jest poza Wszechświatem? Kompletna nicość albo nieskończone multiwersum

Skoro kosmos jest wszystkim co jest, było i będzie, to czy w ogóle można rozważać, co jest poza Wszechświatem? A jednak hipotezy się mnożą. Wyobraźnię twórców science-fiction najbardz...

Według grupy uczonych, którą kieruje astrofizyk Hakima Atka z Institut d'Astrophysique de Paris, źródłem swobodnie przemieszczających się fotonów w okresie wczesnego kosmicznego świtu były małe galaktyki karłowate. Formując się, oczyściły wypełniającą przestrzeń międzygalaktyczną mgłę, powstałą z mętnego wodoru. Taką hipotezę badacze wysnuli, opierając się na danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST) i Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST).

Ultrasłabe galaktyki karłowate

– Tego typu wczesne galaktyki wytwarzają jonizujące fotony. One zaś przekształcają neutralny wodór w zjonizowaną plazmę. Podkreśla to znaczenie zrozumienia galaktyk o małej masie w kształtowaniu historii Wszechświata – twierdzi Iryna Chemerynska astrofizyczka z Institut d’Astrophysique de Paris.

Ogromnie pomocny w tych badaniach okazał się JWST. Kosmiczny teleskop został zaprojektowany m.in. po to, by zajrzeć w kosmiczny świt, do początków Wszechświata. Działające od ponad dwóch lat urządzenie ujawniało wiele, często bardzo zaskakujących, danych dotyczących kluczowego czasu w formowaniu się naszego Wszechświata. Obserwacje JWST pozwalają przypuszczać, że właśnie galaktyki karłowate odgrywają kluczową rolę w procesie rejonizacji.

Zakrzywienie czasoprzestrzeni

W badaniach pomogły dane z JWST oraz HST dotyczące gromady galaktyk Abell 2744. Gromada ta jest tak masywna, że zakrzywia czasoprzestrzeń. Dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego odległe obiekty są powiększane. Dzięki temu naukowcy mogli dostrzec małe galaktyki karłowate w okresie kosmicznego świtu.

Kolejnym krokiem było wykorzystanie JWST do uzyskania szczegółowych widm tych galaktyk. Analiza wykazała, że galaktyki karłowate były nie tylko najliczniejszymi galaktykami we wczesnym Wszechświecie. Były także znacznie jaśniejsze, niż oczekiwano. Badania pokazały, że galaktyki karłowate przewyższają liczebnie duże galaktyki w stosunku 100 do 1. Ich łączna emisja promieniowania jonizującego jest czterokrotnie większa niż ta zwykle przypisywana dużym galaktykom.

Formowanie się Wszechświata

– Pomimo swoich niewielkich rozmiarów, te mało masywne galaktyki są wydajnymi producentami promieniowania energetycznego. Ich obfitość w tym okresie jest tak znacząca, że ich zbiorowy wpływ może przekształcić cały stan Wszechświata – przekonuje kierujący grupą badaczy Hakima Atka.

To najlepszy dotychczas dowód na siłę stojącą za rejonizacją. Jednak wciąż jest wiele do zrobienia. Naukowcy zbadali tylko mały fragment nieba i muszą upewnić się, że ich próbka nie jest anomalią, ale reprezentatywnym przykładem całej populacji galaktyk dla okresu kosmicznego świtu.

Planowane są dalsze badania innych obszarów nieba z efektem soczewkowania. Uczeni chcą uzyskać szerszą próbkę wczesnych populacji galaktyk. Jednak już te wyniki są niezwykle ekscytujące.

Źródło: ESA.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.