Saadi teada, kuidas tekkis pimedasse universumisse esimene valgusekiir

Pandora klaster (Abell 2744). Kasutades NASA/ESA/CSA James Webbi kosmoseteleskoobi erakordseid võimalusi, on rahvusvaheline teadlaste meeskond saanud esimesed spektroskoopilised vaatlused kõige nõrgematest galaktikatest universumi esimese miljardi aasta jooksul. Foto: Space Telescope Science Institute Office of Public Outreach / NASA, ESA, CSA, R. Bezanson (PITT PACC), I. Labbe (CAS), and A. Pagan (STScI)

Hubble'i ja James Webbi kosmoseteleskoopide andmetel olid varajases universumis vabalt lendu lastud footonite allikaks pisikesed kääbusgalaktikad, mis ärkasid ellu ja puhastasid vesinikupilvedega täidetud galaktikatevahelise ruumi.

Astrofüüsik Iryna Chemerynska Pariisi astrofüüsikainstituudist (Institut d’Astrophysique de Paris) tõdes, et see avastus toob esile ultranõrkade galaktikate olulise rolli varajase universumi evolutsioonis. Tema sõnul tekitavad need galaktikad ioniseerivaid footoneid, mis muudavad neutraalse vesiniku ioniseeritud plasmaks kosmilise reionisatsiooni ajal, rõhutades madala massiga galaktikate tähtsust universumi ajaloo kujundamisel.

Varajases universumis, vahetult pärast Suurt Pauku, täitis ruumi kuum ja tihe ioniseeritud plasmaudu. Kui vähe valgust seal ka oli, poleks see läbi udu tunginud; footonid oleksid lihtsalt ringi hõljuvad vabad elektronid laiali hajutanud, muutes universumi tumedaks.

Umbes 300 000 aastat hiljem, kui universum oli jahtunud, hakkasid prootonid ja elektronid ühinedes moodustama neutraalset vesiniku- ja väiksemal määral heeliumigaasi. Kuigi enamikul valguslainetel oli võimalik seda neutraalset keskkonda läbida, puudusid veel piisavad valgusallikad. Sellest vesinikust ja heeliumist tekkisid aga esimesed tähed, mis kiirgasid niivõrd tugevalt, et see eraldas gaasis elektronid tuumadest ja viis gaasi uuesti ioniseeritud olekusse. Sel hetkel oli universum juba nii palju paisunud, et gaas oli hõre ja valguse levikuks polnud enam takistusi.

Kuid selle kosmilise koidiku hämaruses peitub endiselt saladusi, sest tol ajal oli universum erakordselt kauge, hämar ja segane, mis tegi nähtava materjali uurimise keeruliseks. Seni on teadlased arvanud, et selle tumeduse peamine puhastaja pidi olema võimas — näiteks suured galaktikad, kus toimus täheteke (vastsündinud tähed toodavad palju UV-valgust), või supermassiivsed mustad augud, mille akretsioonikettad kiirgavad eredat valgust.

James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) ongi loodud just selleks, et piiluda kosmilise koidiku aegadesse. Oma eesmärgi täitmisel on see teleskoop olnud erakordselt edukas, paljastades palju üllatusi universumi kujunemise kohta. Huvitaval kombel viitavad teleskoobivaatlused nüüd sellele, et peamine roll reionisatsioonis kuulub hoopis kääbusgalaktikatele.

Kosmiline lääts ja kääbusgalaktikate jõud

Rahvusvaheline uurimisrühm, mida juhtis Pariisi Astrofüüsikainstituudi astrofüüsik Hakim Atek, analüüsis JWST andmeid galaktikaparvest Abell 2744 koos Hubble’i teleskoobi andmetega. Abell 2744 on nii tihe, et see põhjustab aegruumi kumerdumist, moodustades kosmilise läätse, mis suurendab läbi selle jõudvat valgust. See võimaldas teadlastel näha kääbusgalaktikaid, mis asuvad kosmilise koidiku lähedal.

Seejärel kasutasid teadlased JWSTd nende kääbusgalaktikate üksikasjalike spektrite saamiseks. Analüüs näitas, et lisaks sellele, et need kääbusgalaktikad on varajase universumi kõige arvukam galaktikatüüp, on nad ka palju eredamad, kui varem arvati. Tulemused osutavad, et kääbusgalaktikaid on suurtest galaktikatest 100 korda rohkem ning nende kollektiivne kiirgus on neli korda suurem kui suurematel galaktikatel.

Hakim Ateki sõnul kiirgavad need kosmilised jõujaamad ühiselt piisavalt energiat, et saavutada reionisatsiooni. Vaatamata nende väiksusele on need madala massiga galaktikad ühed kõige produktiivsemad energilise kiirguse allikad ning nende arv on piisavalt suur, et nende mõju võib kujundada kogu universumi olekut.

Jätkuvad uuringud ja uudsed küsimused

Kuigi see on seni parim tõend reionisatsiooni põhjustanud jõu kohta, vajavad teadlased täiendavaid uuringuid. Nad vaatasid vaid ühte väikest taevalaiku, mistõttu tuleb veel kinnitada, et nende leid ei esinda vaid ühte erandlikku kääbusgalaktikate kogumit, vaid annab tõetruu pildi kogu kosmilise koidiku galaktikapopulatsioonist.

Järgmistes uuringutes kavatsevad teadlased uurida rohkem kosmiliste läätsede alasid (cosmic lens regions), et saada laiem ülevaade varajastest galaktikapopulatsioonidest. Ainuüksi senised tulemused on aga uskumatult põnevad, sest teadlased on otsinud reionisatsiooni mõistatuse lahendust sellest ajast peale, kui nad sellest fenomenist teada said. Oleme nüüd tõeliselt lähedal sellele, et universumi hägusus lõpuks hajutada.

Swinburne'i tehnikaülikooli (Swinburne University of Technology) astrofüüsik Themiya Nanayakkara sõnul on JWST abil sisenetud täiesti uude avastustemaailma. See töö avab uusi põnevaid küsimusi, millele vastamine on vajalik meie evolutsiooniloo alguse kaardistamisel.

Allikas: Science Alert