Телескоп Джеймса Уэбба приближается к обнаружению того, что ионизировало Вселенную

Миллиарды лет назад наша Вселенная была намного меньше и намного горячее, чем сегодня. В очень ранние времена она была настолько мала и горяча, что находилась в состоянии плазмы, где электроны были отделены от атомных ядер. Но когда Вселенной было примерно 380 000 лет, она остыла до такой степени, что электроны могли рекомбинировать на своих ядрах, образуя суп из нейтральных атомов.

Наблюдения за современной Вселенной показывают, что почти вся материя во Вселенной не нейтральна. Вместо этого он ионизируется в состоянии плазмы. За прошедшие миллиарды лет что-то должно было произойти, чтобы нейтральный газ космоса превратился в ионизированную плазму. Астрономы называют это событие эпохой реионизации и подозревают, что оно произошло в первые несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Но уверенности, как происходило это трансформационное событие, нет.

Один из самых больших споров в современной космологии касается источника реионизации. Одна из гипотез состоит в том, что за это ответственны квазары. Квазары — это сверхяркие ядра, окружающие сверхмассивные черные дыры, которые выделяют огромное количество высокоэнергетического излучения. Оно может легко затопить Вселенную и превратить ее из нейтральной в ионизированную. Но проблема с этой гипотезой в том, что квазары относительно редки, и поэтому им трудно покрыть объем Вселенной.

Другая гипотеза состоит в том, что за это ответственны молодые галактики, богатые звездообразованием. В этом сценарии процесс ионизации нейтрального газа более распространен во Вселенной. Каждая отдельная галактика способна ионизировать газ только в непосредственной близости от нее, но, поскольку галактик очень много, можно реионизировать всю Вселенную. Но единственный способ сделать это — если достаточно высокоэнергетического излучения просочится из галактик в окружающую среду.

Одна группа астрономов использовала космический телескоп Джеймса Уэбба для исследования этой гипотезы. Они не могут изучать излучение, исходящее от галактик напрямую, потому что оно поглощается материей на миллиарды световых лет между нами и этими галактиками. Поэтому вместо этого ученым пришлось искать другие улики. Используя способность Джеймса Уэбба изучать далекие галактики, они смогли измерить, насколько они компактны и насколько богаты звездообразованием. Затем смогли сравнить галактики с аналогичными галактиками, обнаруженными в современной Вселенной, чтобы оценить количество утекающего от них излучения.

По их оценкам, в среднем галактики в ранней Вселенной пропускали примерно 12% доступных фотонов высокой энергии. Этого как раз достаточно, чтобы потенциально реионизировать весь космос за относительно короткий промежуток времени. Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Результаты не являются окончательными из-за ряда предположений, которые пришлось сделать астрономам. Но это указывает на интригующее направление в решении этой давней космической загадки.