V ranom vesmíre boli medzihviezdny plyn a galaxie nepriehľadné – energetické hviezdne svetlo nimi nemohlo preniknúť. Ale miliardu rokov po veľkom tresku sa plyn stal úplne transparentným. prečo? Nové údaje z vesmírneho teleskopu Jamesa Webba agentúry NASA uvádzajú príčinu: hviezdy galaxií vyžarovali dostatok svetla na to, aby zohriali a ionizovali plyn okolo nich, čím vyjasnili náš kolektívny pohľad na stovky miliónov rokov.

Výsledky výskumného tímu pod vedením Simona Lillyho z ETH Zürich vo Švajčiarsku sú najnovšími poznatkami o časovom období známom ako éra reionizácie, keď vesmír prešiel dramatickými zmenami. Po Veľkom tresku bol plyn vo vesmíre veľmi horúci a hustý. Počas stoviek miliónov rokov sa plyn ochladzoval. Potom vesmír zasiahol „Opakovať“. Plyn sa opäť zahrial a ionizoval – pravdepodobne v dôsledku skorého formovania hviezd v galaxiách a stal sa transparentným v priebehu miliónov rokov.

Výskumníci dlho hľadali dôkazy na vysvetlenie týchto posunov. Nové zistenia na konci tohto obdobia reionizácie účinne stiahnu oponu. „Webb nielen jasne ukazuje, že tieto priehľadné oblasti existujú okolo galaxií, ale zmerali sme aj ich veľkosť,“ vysvetlil Daichi Kashino z Nagoyskej univerzity v Japonsku, hlavný autor prvého článku tímu. „Pomocou Webbových údajov vidíme galaxie reionizujúce plyn okolo nich.“

Tieto oblasti priehľadného plynu sú v porovnaní s galaxiami gigantické – predstavte si teplovzdušný balón s hráškom zaveseným vo vnútri. Webbove údaje ukazujú, že tieto relatívne malé galaxie spustili reionizáciu a vyčistili obrovské oblasti priestoru okolo nich. Počas nasledujúcich 100 miliónov rokov sa tieto priehľadné „bubliny“ naďalej zväčšovali a zväčšovali, nakoniec sa spojili a spôsobili, že celý vesmír sa stal priehľadným.

Tím Lilly sa zámerne zameral na obdobie pred koncom éry reionizácie, keď vesmír nebol ani úplne čistý, ani úplne nepriehľadný – obsahoval zmes plynov v rôznych stavoch. Vedci nasmerovali Webba smerom ku kvazaru – extrémne žiarivej supermasívnej čiernej diere, ktorá funguje ako masívny reflektor – zvýraznenie plynu medzi kvazarom a našimi teleskopmi. (Nájdete ich v strede tohto pohľadu: sú malé a ružové so šiestimi výraznými difrakčnými tŕňmi.)

Keď svetlo kvazaru k nám putovalo cez rôzne časti plynu, bolo buď absorbované nepriehľadným plynom, alebo sa voľne pohybovalo cez priehľadný plyn. Prevratné výsledky tímu boli možné len spárovaním Webbových údajov s pozorovaniami centrálneho kvazaru z observatória W. M. Keck na Havaji, veľmi veľkého teleskopu Európskeho južného observatória a Magellanovho teleskopu na observatóriu Las Campanas v Čile.

„Osvetlením plynu pozdĺž nášho zorného poľa nám kvazar poskytuje komplexné informácie o zložení a stave plynu,“ vysvetlila Anna-Christina Ehlers z Massachusetts Institute of Technology v Cambridge, Massachusetts, vedúca autorka ďalšieho článku.

Vedci potom použili Webb na identifikáciu galaxií v blízkosti tejto línie pohľadu a ukázali, že galaxie sú vo všeobecnosti obklopené priehľadnými oblasťami s polomerom asi dva milióny svetelných rokov. Inými slovami, Webb bol svedkom galaxií v procese evakuácie priestoru okolo nich na konci éry reionizácie. Aby sme to uviedli do perspektívy, oblasť uvoľnená týmito galaxiami je približne rovnaká vzdialenosť medzi našou vlastnou Mliečnou dráhou a našim najbližším susedom Andromedou.

Až doteraz výskumníci nemali tento definitívny dôkaz toho, čo spôsobuje reionizáciu – pred Webbom si neboli istí, čo presne je zodpovedné.

Ako vyzerajú tieto galaxie? „Sú oveľa chaotickejšie ako tie v blízkom vesmíre,“ vysvetlil Jurit Mattei z ETH Zürich a hlavný autor druhého článku tímu. „Webb ukazuje, že aktívne tvorili hviezdy a museli spustiť veľa supernov. Mali celkom dobrodružného mladého muža!“

Popri tom Elers použil Webbove údaje, aby potvrdil, že čierna diera kvazaru v strede tohto poľa je najhmotnejšia v súčasnosti známa v ranom vesmíre a váži 10 miliárd násobok hmotnosti Slnka. „Stále nevieme vysvetliť, ako mohli kvazary tak skoro v histórii vesmíru narásť tak masívne,“ povedala. „Toto je ďalšia záhada, ktorú treba vyriešiť!“ Pozoruhodné snímky z Webba tiež neodhalili žiadny dôkaz, že svetlo z kvazaru bolo gravitačne šošovkované, čo zaisťuje, že merania hmotnosti sú definitívne.

Tím sa čoskoro ponorí do hľadania galaxie v piatich ďalších sférach, z ktorých každá je ukotvená centrálnym kvazarom. Webbove výsledky z prvého poľa boli také jasné, že sa nevedeli dočkať, kedy sa o ne podelia. „Očakávali sme, že identifikujeme niekoľko desiatok galaxií, ktoré boli prítomné počas éry reionizácie – ale ľahko sa nám podarilo identifikovať 117,“ vysvetlil Kashino. „Webb prekonal naše očakávania.“

Výskumný tím spoločnosti Lilly, Emisná čiara galaxií a medzigalaktického plynu v ére reionizácie (EIGER), demonštroval jedinečnú silu kombinovania konvenčných snímok z Webb. nirkam (Near Infrared Camera) s údajmi z režimu spektroskopie so širokým poľom samotného zariadenia, ktoré poskytuje spektrum každého objektu na obrázkoch – čím sa Webb mení na to, čo tím nazýva „úžasný spektrálny stroj s červeným posunom“.

Zahrňte príspevky prvého tímu Eiger I. Veľký exemplár [O iii]- Posielanie galaxií rýchlosťou 5,3, vedené Kashinom, „EIGER II. Prvá spektroskopická charakterizácia mladých hviezd a silne ionizovaného plynu naviazaného na Hβ f [OIII] Čiarová emisia v galaxiách pri z=5–7 ​​​​s JWST,“ Pod vedením Mattyho, W „EIGER III. JWST/NIRCam Pozorovania veľmi vysokého svetelného kvazaru J0100+2802,“ Pod vedením Eilersa a má byť uverejnený v r Astrofyzikálny časopis Dňa 12. júna.