Нові результати космічного телескопа Джеймса Вебба показують, що випромінювання звичайних галактик очистило первісний туман, що залишився після Великого вибуху, дозволивши першому світлу просіяти ранній Всесвіт. На початку Всесвіту, коли формувались перші зірки, простір між галактиками був заповнений непрозорим туманом нейтрального водню. Але ці темні віки не тривали. Приблизно через 1 мільярд років після Великого вибуху ультрафіолетове випромінювання іонізувало простір між зірками. Всесвіт став прозорим, і фотони могли вільно подорожувати космосом.
Однак досі походження ультрафіолетового світла, яке породило епоху реіонізації, було загадкою.
Проєкт EIGER під керівництвом Саймона Ліллі (ETH Zurich, Швейцарія) щойно опублікував серію з трьох статей у The Astrophysical Journal, у яких вони використовували камеру ближнього інфрачервоного діапазону на космічному телескопі Джеймса Вебба (JWST) разом із наземними спостереженнями. з Дуже Великого Телескопа, Магеллана та Телескопів Кека, щоб спостерігати один із найяскравіших і найдальших квазарів SDSS J0100+2802.
Надмасивна чорна діра цього квазара, що поглинає газ, генерує яскравий маяк світла, який освітлює газ уздовж лінії видимості між нами та ним. Таким чином, астрономи можуть використовувати квазар для дослідження стану газу навколо проміжних галактик — особливо далеких галактик, які можуть бути пов’язані з реіонізацією.
«У нас була ідеальна взаємодоповнюваність найкращих у світі наземних телескопів, які дали нам спектр квазарів, — каже Ліллі, — і прекрасного Вебба, який зміг отримати спектроскопічні дані про велику кількість галактик у цю дуже цікаву епоху.»
Перше дослідження під керівництвом Даїчі Кашіно (Університет Нагоя, Японія) повідомляє про виявлення 117 галактик із пізньою реіонізацією в зоні видимості між нами та квазаром. Ми вже знали, що в цей період часу простір між галактиками частково туманний, частково ясний. Це дослідження пов’язує вищезгадані галактики з прозорими «бульбашками» космосу, де фотони можуть вільно подорожувати. Чим далі в часі ми дивимося на квазар, тим меншими здаються бульбашки навколо галактик.
Друге дослідження під керівництвом Йорріта Метті (також з ETH Zurich) охарактеризувало кожну зі 117 галактик, про які йдеться. Усі вони маленькі, молоді та хаотичні, з великою кількістю зірок і наднових. Випромінювання від усієї цієї діяльності було б достатнім для іонізації простору навколо галактик, дозволяючи першому світлу вільно подорожувати.
Третє дослідження під керівництвом Енн-Крістіни Ейлерс (MIT) було зосереджено на самому квазарі, який є найбільш яскравим квазаром, відомим у ранньому Всесвіті. Вони перевірили попередні вимірювання його маси та визначили, що він, ймовірно, не має гравітаційних лінз — тобто він настільки ж яскравий, як здається. (Величезну масу квазара на такому ранньому етапі виникнення Всесвіту важко пояснити, але це буде таємницею назавжди).
Вже було відомо, що в космічному середовищі пізньої реіонізації присутні плями непрозорого серпанку, що перемежовуються постійно зростаючими областями, де світло може вільно сяяти. Але що розчистило прозорі бульбашки: блискучі квазари чи звичайні галактики?
Деякий час астрономи підозрювали, що всю роботу зробили квазари. Але Джордж Бекер (Університет Каліфорнії Ріверсайд), який не брав участі в цих дослідженнях, каже, що ця ідея має свої проблеми. «Цей квазар особливий, тому що він надзвичайно яскравий, і в цей момент він іонізував дуже велику бульбашку навколо себе», — пояснює він. «Але там просто недостатньо квазарів, щоб до того часу реіонізувати весь Всесвіт».
«Ми припускали, що в основному винні галактики, що утворюють зірки, — додає він, — але було незрозуміло, чи справді достатня кількість їх іонізуючого випромінювання потрапила в глибокий космос».
Тепер астрономи показали, що це можливо. Камера JWST має режим, який дозволяє знімати спектр кожної галактики в полі зору. Використовуючи цей режим, який спочатку був призначений для цілей калібрування, команда EIGER показала, що бульбашки прозорого іонізованого газу, які видно в спектрі квазара, насправді пов’язані з точним розташуванням галактик, що утворюють зірки, які бачить JWST. Це підтверджує ідею, що звичайні галактики виконували більшу частину роботи, очищаючи простір навколо них.
Зараз проєкт EIGER вивчає подібні дані п’яти інших квазарів цієї ранньої епохи. І вони не єдині. Беккер, який зараз очолює програму JWST під назвою «Як закінчується реіонізація?», підсумовує дослідження своїх «конкурентів»:
«Вони дають захоплююче та важливе розуміння трьох ключових питань: як відбулася реіонізація Всесвіту, як у ранньому Всесвіті утворилися надмасивні чорні діри та якими були властивості перших галактик. Це чудова робота!»
Незважаючи на те, що JWST працює трохи менше року, EIGER та інші групи вже мають хороші можливості для вирішення однієї з найбільших таємниць у космології. І це лише початок.