Kosmoloogid: saime lõpuks teada, kust tuli esimene valguskiir universumisse

Hubble'i teleskoobi pilt Abell 2744 galaktikaklastrist. Foto: NASA/Unsplash

Hubble'i ja James Webbi kosmoseteleskoopide andmete järgi olid varajase kosmilise koidiku vabas liikumises footonid pärit väikestest kääbusgalaktikatest, mis elustusid ja puhastasid kosmose vesinikust tekkinud häguse udu.

Astrofüüsik Iryna Chemerynska Pariisi Astrofüüsikainstituudist ütles, et see avastus toob esile ülinõrkade galaktikate tähtsa rolli varajase Universumi evolutsioonis. Nad toodavad ioniseerivaid footoneid, mis muudavad neutraalse vesiniku ioniseeritud plasmaks kosmilise reionisatsiooni ajal. See rõhutab madala massiga galaktikate mõistmise olulisust Universumi ajaloo kujundamisel.

Universumi alguses, vahetult pärast Suurt Pauku, täitis kosmost kuum ja tihe ioniseeritud plasma. Mis tahes valgus, mis eksisteeris, ei oleks suutnud läbi selle udu tungida; fotonid oleksid lihtsalt põrganud vabadelt elektronidelt, muutes Universumi pimedaks.

Kui Universum jahtus, umbes 300 000 aasta pärast, hakkasid prootonid ja elektronid kokku tulema, moodustades neutraalse gaasilise vesiniku ja ka vähese hulga heeliumi. Enamik valguse lainepikkusi suutis tungida läbi selle neutraalse keskkonna, kuid valgusallikaid oli väga vähe. Just sellest vesinikust ja heeliumist sündisid esimesed tähed.

Need esimesed tähed kiirgasid piisavalt tugevalt, et vabastada elektronid nende tuumadest ja reioniseerida gaasi. Selleks ajaks oli Universum aga nii palju laienenud, et gaas oli hajunud ja ei takistanud enam valguse levimist. Umbes miljard aastat pärast Suurt Pauku, kosmilise koidiku lõpus, oli Universum täielikult reioniseeritud: tadaa ja valgus oligi olemas.

Kuna kosmilise koidiku ajal oli palju hägu ning see oli ajas ja ruumis laiali, on olnud raske näha, mis seal oli. Teadlased arvasid, et suurema osa omaaegsest kosmilise ruumi puhastamisest pidid ära tegema võimsad allikad – näiteks hiiglaslikud mustad augud, mille suurenemine toodab tugevat valgust, ja suured galaktikad, kus toimub tähtede moodustumine (noored tähed toodavad palju UV-valgust).

James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) oli osaliselt loodud selleks, et vaadata kosmilisse koidikusse ja näha, mis seal peitub. See on olnud väga edukas, paljastades palju üllatusi sellel Universumi kujunemise ajal. Üllatuslikult viitavad teleskoobi vaatlused nüüd sellele, et kääbusgalaktikad on reionisatsiooni võtmetegijad.

Rahvusvaheline meeskond, mida juhtis astrofüüsik Hakim Atek Pariisi Astrofüüsikainstituudist, kasutas JWST andmeid galaktikaklastri Abell 2744 kohta, toetudes Hubble'i andmetele. Abell 2744 on nii tihe, et aegruum selle ümber paindub, moodustades kosmilise läätse; iga kauge valgus, mis reisib meieni läbi selle aegruumi osa, sattub nagu suurendusklaasi ja just see võimaldas teadlastel näha kosmilise koidiku aegseid pisikesi kääbusgalaktikaid.

Seejärel kasutasid nad JWST-d nende väikeste galaktikate detailsete spektrite saamiseks. Nende analüüs näitas, et mitte ainult ei ole need kääbusgalaktikad varajases Universumis kõige levinum galaktikatüüp, vaid nad on ka palju eredamad, kui oodatud. Tegelikult näitas meeskonna uurimus, et kääbusgalaktikad ületavad suurte galaktikate arvu suhtega 100:1 ja nende koguväljund on neli korda suurem ioniseeriva kiirguse hulk, mida tavaliselt eeldatakse suuremate galaktikate puhul.

«Need kosmilised jõujaamad kiirgavad kollektiivselt rohkem kui piisavalt energiat, et töö ära teha,» ütles Atek. «Vaatamata nende väiksusele on need madala massiga galaktikad energilise kiirguse viljakad tootjad ja nende rohkus sellel perioodil on nii suur, et nende kollektiivne mõju võib muuta kogu Universumi seisundit.»

See on seni parim tõendusmaterjal reionisatsiooni taga oleva jõu kohta, kuid tööd on veel teha. Teadlased uurisid ühte väikest taevakildu – nad peavad veenduma, et nende valim ei ole lihtsalt kääbusgalaktikate ebatüüpiline klaster, vaid esindab kogu kosmilise koidiku populatsiooni.

Nad kavatsevad uurida rohkem kosmiliste läätsede piirkondi taevas, et saada laiem valim varajaste galaktiliste populatsioonide kohta. Kuid juba selle ühe valimi põhjal on tulemused uskumatult põnevad. Teadlased on otsinud vastuseid reionisatsiooni kohta nii kaua, kui me sellest teame.

«Oleme nüüd JWST-ga sisenenud senitundmatule territooriumile,» ütles astrofüüsik Themiya Nanayakkara Austraalia Swinburne'i Tehnikaülikoolist. «See töö avab põnevaid küsimusi, millele peame vastama, et kaardistada meie alguste evolutsiooniline ajalugu.»

Uuring avaldati veebruaris ajakirjas Nature.

Allikas: ScienceAlert