Карликові галактики зробили Всесвіт прозорим

Невелика маса та тьмяне випромінювання ускладнюють дослідження карликових галактик. Нещодавно група астрофізиків використовувала космічні телескопи «Джеймс Вебб» та «Хаббл», а також особливості гравітації в скупченні Пандори, щоб дізнатися про роль карликових галактик після Великого вибуху.

У ранньому Всесвіті було темно, тому що атоми водню вже сформувалися (пізніше з них утворився, наприклад, міжзоряний газ), але з них ще не встигли виникнути ні зірки, ні галактики. Реліктове випромінювання значною мірою поглиналося ще неіонізованим газом. Але незабаром два важливі періоди (рекомбінація та реіонізація), що тривали кілька сотень мільйонів років кожен, зробили Всесвіт майже таким, яким ми звикли його бачити.

У період рекомбінації (378 мільйонів років після Великого вибуху) вільні електрони і протони об’єднувалися в перші атоми — нейтральні атоми водню, Всесвіт ставав прозорим і стрімко остигав. А в процесі реіонізації (раніше вважалося, що це 600-800 мільйонів років після Великого вибуху) з атомів водню утворилися іони, а гравітаційне тяжіння сформувало із міжзоряного газу зірки, галактики, квазари та інші великі космічні об’єкти.

У космології точаться суперечки між дослідниками на тему джерел реіонізації. Нещодавно понад 30 авторів об’єдналися задля пошуку відповідей на це питання та опублікували дослідження в Nature. Астрофізики виявили, що основними джерелами реіонізації були карликові галактики. Раніше в деяких моделях еволюції Всесвіту джерелом реіонізації вважали квазари через їх потужне іонізуюче випромінювання.

У карликових галактиках набагато менше зірок, ніж у Чумацькому Шляху, а яскравість відрізняється приблизно у 100 разів. Тьмяність маломасивних галактик ускладнює спектроскопічні дослідження. У нещодавній роботі астрофізики вивчили вісім карликових галактик у скупченні Пандори за допомогою космічного телескопа Джеймс Вебб і телескопа Хабл. Нагромадження галактик грало роль гравітаційної лінзи, що дозволяє посилити потік випромінювання від об’єктів.

Вчені виявили, що тьмяні карликові галактики протягом мільярда років після Великого вибуху виробляли іонізуюче випромінювання вчетверо інтенсивніше, ніж вважалося раніше. Іншими словами, для реіонізації Всесвіту достатньо іонізуючого випромінювання карликових галактик. На думку вчених, при цьому невелика частина фотонів (п’ять відсотків) не взаємодіє з нейтральними атомами, що не завадить процесу реіонізації. Дослідники відзначають, що значення червоного зміщення для цієї епохи дорівнює шести (z = 6, що еквівалентно 0,929639 мільярда років після Великого вибуху).

Значення червоного усунення необхідно, щоб дізнатися більше про період реіонізації. Так, у дослідженні, опублікованому в Astronomical Journal у 2001 році, автори стверджували, що Всесвіт наближався до закінчення реіонізації при z = 6.

«В даний час точно встановлено, що слабкі галактики є домінуючим джерелом УФ-випромінювання в період реіонізації», — наголошують автори дослідження.

Питання про те, що саме зробило Всесвіт знову прозорим для випромінювання (тобто іонізувало водень у ньому), важливе тому, що від відповіді на нього залежить розуміння всієї еволюції світобудови. Якщо це зробили квазари (активні околиці великих чорних дірок), то дата завершення реіонізації буде однією, а якщо це зробили карликові галактики — зовсім іншою.