Gali būti, kad pagaliau žinome, kas pirmasis „įjungė šviesą“ ankstyvojoje Visatoje – vadinamojoje kosminėje aušroje. Remiantis „Hubble“ ir „James Webb“ kosminių teleskopų duomenimis, laisvai sklindančių fotonų šaltinis galėjo būti mažos nykštukinės galaktikos.

Jos sužibo ir ėmė sklaidyti tarpžvaigždinėje erdvėje tvyrojusį drumsto vandenilio „rūką“, kuris ilgą laiką trukdė šviesai laisvai keliauti. Tyrimą aprašantis mokslinis darbas paskelbtas 2024 m. vasarį.

„Šis atradimas atskleidžia itin blankių galaktikų lemiamą vaidmenį ankstyvosios Visatos evoliucijoje“, – sakė Paryžiaus Astrofizikos instituto astrofizikė Iryna Chemerynska.

„Jos skleidžia jonizuojančius fotonus, kurie kosminės rejonizacijos metu neutralų vandenilį paverčia jonizuota plazma. Tai pabrėžia, kaip svarbu suprasti mažos masės galaktikų įtaką formuojant Visatos istoriją“, – pridūrė ji.

Ankstyviausiuose Visatos etapuose, praėjus vos kelioms minutėms po Didžiojo sprogimo, erdvę užpildė karštas, tankus jonizuotos plazmos rūkas. Tuo metu net ir esanti šviesa vargiai būtų galėjusi prasiskverbti – fotonai sklaidėsi, atsitrenkdami į laisvuosius elektronus, tad Visata iš esmės buvo tamsi.

Vėliau, Visatai vėstant, maždaug po 300 tūkst. metų protonai ir elektronai ėmė jungtis, susiformavo neutralus vandenilis (ir nedidelis kiekis helio). Dauguma šviesos bangos ilgių jau galėjo sklisti per šią terpę, tačiau pačių šviesos šaltinių dar beveik nebuvo. Vis dėlto būtent iš vandenilio ir helio gimė pirmosios žvaigždės.

Jų spinduliuotė buvo pakankamai galinga, kad „nuplėštų“ elektronus nuo atomų branduolių ir vėl jonizuotų dujas. Tuo metu Visata jau buvo gerokai išsiplėtusi, dujos tapo retesnės, todėl jos nebegalėjo sulaikyti šviesos – ji ėmė sklisti tolyn.

Maždaug po 1 mlrd. metų nuo Didžiojo sprogimo, kosminės aušros laikotarpio pabaigoje, Visata jau buvo visiškai rejonizuota – šviesai kelias atsivėrė.

Tačiau kosminė aušra iki šiol išlieka sudėtinga stebėti: ją gaubia „rūkas“, objektai yra labai blankūs, o laiko ir erdvės masteliai – milžiniški. Dėl to mokslininkams ilgą laiką buvo sunku tiksliai nustatyti, kas iš tiesų atliko pagrindinį vaidmenį išsklaidant neutralų vandenilį.

Buvo manyta, kad pagrindiniai „valytojai“ turėjo būti itin galingi šaltiniai: pavyzdžiui, didžiulės juodosios skylės, kurių akrecija sukuria ryškią šviesą, arba stambios galaktikos, kuriose intensyviai formuojasi žvaigždės (jaunos žvaigždės skleidžia daug ultravioletinės spinduliuotės).

„James Webb“ teleskopas iš dalies ir buvo sukurtas tam, kad galėtų pažvelgti į kosminę aušrą bei pamatyti, kas ten slypi. Pastarųjų metų stebėjimai atnešė daug netikėtumų, o naujausi duomenys leidžia manyti, kad rejonizacijoje lemiamas vaidmuo teko būtent nykštukinėms galaktikoms.

Tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama Paryžiaus Astrofizikos instituto astrofiziko Hakimo Ateko, analizavo „James Webb“ duomenis apie galaktikų spiečių „Abell 2744“, o rezultatus papildė „Hubble“ stebėjimai.

Šis spiečius yra toks masyvus ir tankus, kad iškreipia erdvėlaikį, veikdamas kaip savotiškas kosminis lęšis: per jį keliaujanti tolima šviesa yra sustiprinama. Tai suteikė galimybę pamatyti labai mažas, kosminei aušrai artimas nykštukines galaktikas.

Vėliau, pasitelkę „James Webb“, tyrėjai gavo detalius šių mažų galaktikų spektrus. Analizė parodė, kad nykštukinės galaktikos ne tik buvo dažniausias galaktikų tipas ankstyvojoje Visatoje, bet ir pasirodė esančios ryškesnės, nei manyta.

Skaičiavimai rodo, kad nykštukinės galaktikos didžiąsias galaktikas galėjo lenkti santykiu 100 prie 1, o jų bendras jonizuojančios spinduliuotės srautas buvo keturis kartus didesnis, nei įprastai priskiriama didesnėms galaktikoms.

„Šie kosminiai galiūnai kartu skleidžia daugiau nei pakankamai energijos, kad užduotis būtų įvykdyta“, – teigė H. Atekas.

„Nepaisant mažo dydžio, šios mažos masės galaktikos itin gausiai gamina energingą spinduliuotę, o jų gausa tuo laikotarpiu tokia didelė, kad jų kolektyvinė įtaka gali pakeisti visos Visatos būseną“, – aiškino jis.

Vis dėlto tyrėjai pabrėžia: nors tai vieni stipriausių įrodymų apie rejonizacijos varomąją jėgą, darbo dar laukia daug. Analizuota tik nedidelė dangaus sritis, todėl būtina įsitikinti, ar tai nėra išskirtinis atvejis, o ne visai kosminei aušrai būdingas vaizdas.

Komanda ketina tirti daugiau kosminių lęšių sričių, kad surinktų platesnę ankstyvųjų galaktikų imtį. Tačiau net ir šie rezultatai mokslininkams atrodo itin daug žadantys – rejonizacijos klausimo atsakymų ieškoma nuo tada, kai apskritai tapo aišku, kad toks Visatos etapas egzistavo.

„Dabar su „James Webb“ teleskopu įžengėme į nepažintą teritoriją“, – sakė Australijos „Swinburne University of Technology“ astrofizikas Themiya Nanayakkara.

„Šis darbas atveria dar daugiau įdomių klausimų, į kuriuos turime atsakyti, siekdami nubraižyti mūsų ištakų evoliucinę istoriją“, – pridūrė jis.