Ми бачимо нині Всесвіт прозорим і порожнім, якщо не брати до уваги зорі та галактики. Однак ранній Всесвіт, через кілька сотень мільйонів років після Великого Вибуху, був непрозорим. Світло зір не могло проникнути крізь водень, який щільно заповнював міжгалактичний простір. Отже, як Всесвіт став прозорим? На підставі даних, отриманих за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, міжнародна група астрономів дійшла висновку, що в ту далеку епоху світло зір іонізувало й нагрівало навколишній газ. Це спричинило появу величезних прозорих «бульбашок», які згодом злилися, очистивни Всесвіт від непрозорого газу. Приблизно через мільярд років після Великого Вибуху Всесвіт був повністю прозорим.
Міжнародну групу дослідників очолював Саймон Ліллі (Simon Lilly) зі Швейцарської вищої технічної школи Цюриха (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, ETH Zürich). Науковці опублікували свої рецензовані висновки в трьох статтях в The Astrophysical Journal 12 червня 2023 року.
Ранній Всесвіт був щільним і непрозорим
Після Великого Вибуху міжгалактичний газ у Всесвіті був щільним і непрозорим. Зоряне світло не могло пробитися крізь космічний туман. Поступово, протягом сотень мільйонів років, газ охолоджувався. Але потім, коли почали формуватися зорі та галактики, вони знову нагріли газ. Як наслідок, газ став іонізованим і почав розріджуватися. До того часу, коли Всесвіту виповнилося близько мільярда років, він став повністю прозорим.
Такий сценарій сприймали астрономи, проте хотіли отримати суттєвіші докази. Нові спостережні дані від «Вебба» (Webb) його підтверджують.
«Вебб» знаходить прозорі «бульбашки» навколо галактик
Нові дані від Webb нарешті надають докази цього процесу очищення. З них випливає, що наприкінці епохи реіонізації навколо галактик існували величезні прозорі області, або «бульбашки». Провідний автор першої статті Даїчі Кашіно (Daichi Kashino) з університету Нагоя в Японії заявив: «“Вебб” не тільки чітко показує, що ці прозорі області містяться навколо галактик, ми також виміряли їхні розмір. Завдяки даним «Вебба» ми бачимо, як галактики повторно іонізують газ навколо себе».
Маючи радіус близько 2 мільйонів світлових років прозорі області були набагато більшими за самі галактики. Як приклад, астрономи порівнюють галактику з горошиною, що висить усередині повітряної кулі. Іншими словами, розмір кожної бульбашки приблизно дорівнює відстані між нашою галактикою Молочний Шлях і нашою найближчою великою сусідкою, галактикою Андромеди. Ці прозорі бульбашки зростали протягом наступних ста мільйонів років або близько того. Згодом вони злилися разом. І весь Всесвіт став прозорим.
Епоха реіонізації
«Вебб» спеціально спостерігав галактики, які існували незадовго до кінця епохи реіонізації, понад 13 мільярдів років тому. (Як і для інших телескопів, що далі знаходиться об’єкт, коли «Вебб» дивиться на нього, то далі в минулому ми бачимо цей об’єкт). Тоді Всесвіт не був таким непрозорим, як раніше, але він ще не був прозорим. Це схоже на суміш газу в різних станах.
Дослідники очікували знайти кілька десятків галактик, але виявили більше. Як пояснив Кашіно: «Ми очікували виявити кілька десятків галактик, які існували в епоху реіонізації, але нам легко вдалося спостерігати 117. “Вебб” перевершив наші очікування».
Ця графіка показує умови в ранньому Всесвіті під час епохи реіонізації понад 13 мільярдів років тому. Коли зорі та молоді галактики все ще формувалися і розвивалися, вони почали змінювати газ навколо себе. За сотні мільйонів років газ перетворився з нейтрального, непрозорого газу на іонізований, прозорий газ. Авторські права на зображення: NASA/ESA/CSA/Joyce Kang (STScI). Фото з сайту https://earthsky.org.
Використання квазара як космічного ліхтарика
Щоб краще зрозуміти умови у Всесвіті натой час, дослідники використали природний космічний ліхтарик, квазар під назвою J0100+2802. Квазари дуже яскраві, і їхнє світло, рухаючись до нас, проходить крізь різні гази у Всесвіті. Дослідники виміряли, як воно проходило крізь різні плями газу та чи було поглинання, чи світло проходило крізь них без перешкод. Це дає підказки щодо того, якою щільною є певна ділянка газу.
Це була копітка робота. Результати за даними від «Вебба» потім були об’єднані з результатами, отриманими за спостереженнями обсерваторії В. М. Кека на Гаваях, Дуже великого телескопа та телескопів Магеллана в Чилі. Як сказала Анна-Крістіна Ейлерс (Anna-Christina Eilers) з Массачусетського технологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology, MIT) у Кембриджі, штат Массачусетс, провідний автор іншої статті: «Освітлюючи газ уздовж поля нашого зору, квазар дає нам багато інформації про склад і стан газу».
У центрі цього зображення від «Вебба» міститься квазар J0100+2802. Інтенсивне світло від нього схоже на природний космічний ліхтарик. Дослідники використовували це світло, щоб визначити, якими щільними були сусідні бульбашки міжгалактичного газу. Авторські права на зображення: NASA/ ESA/ CSA/ Simon Lilly (ETH Zurich)/ Daichi Kashino (Nagoya University)/ Jorryt Matthee (ETH Zurich)/ Christina Eilers (MIT)/ Rob Simcoe (MIT)/ Rongmon Bordoloi (NCSU)/ Ruari Mackenzie (ETH Zurich); Image Processing: Alyssa Pagan (STScI)/ Ruari Mackenzie (ETH Zurich). Фото з сайту https://earthsky.org.
«Вебб» відкриває хаотичний ранній Всесвіт
«Вебб» зосередився саме на галактиках — і їхніх прозорих бульбашках — вздовж лінії зору на квазар J0100+2802. Ці молоді галактики були дуже активними, навіть хаотичними. Йоріт Матті (Jorryt Matthee) з ETH Zürich і провідний автор другої статті цієї наукової групи сказав: «Вони більш хаотичні, ніж у близькому до нас Всесвіті. “Вебб” показує, що вони активно формували зорі і, мабуть, в них спалахувало багато наднових. У них була досить авантюрна молодість!».
Квазар містить величезну чорну діру, і «Вебб» виявив, що вона є наймасивнішою з відомих у ранньому Всесвіті. Неймовірно, але її маса приблизно в 10 мільярдів разів перевищує масу Сонця.
Ейлерс додала: «Ми досі не можемо пояснити, як квазари змогли вирости такими великими протягом раннього етапу історії Всесвіту. Це ще одна загадка, яку треба розгадати!».
За інф. з сайту https://earthsky.org
