Дуже ранній Всесвіт був темним місцем. Він був заповнений воднем, що блокував світло, і нічим іншим.
Лише коли перші зірки увімкнулися і почали освітлювати своє оточення ультрафіолетовим випромінюванням, світло почало своє панування. Це сталося в епоху реіонізації.
Але ще до того, як Всесвіт став добре освітленим, темряву пронизав особливий і загадковий тип світла: альфа-випромінювання Лаймана.
Хоча ранній Всесвіт був надто темним, щоб світло могло подорожувати крізь непрозорий газ, який домінував у ньому, астрономи все ж виявили деякі лінії альфа-випромінювання Лаймана ще до того, як спалахнуло світло в Епоху реіонізації.
Звідки вони взялись? Це було важливе питання без відповіді, над яким багато хто замислювався.
Альфа-випромінювання Лаймана відбувається в ультрафіолетовому діапазоні і походить від атомів водню, коли їхні електрони переходять у певний енергетичний стан. Спектральні лінії лиман-альфа є частиною того, що астрономи називають лиман-альфа лісом.
Ліс – це серія ліній поглинання, що походять від водню у віддалених астрономічних об’єктах. Коли їхнє світло проходить крізь газові хмари з різним червоним зміщенням, воно створює ліс альфа-ліній Лимана.
“Пояснення несподіваного виявлення Лайман-альфа в цих ранніх галактиках є головним викликом для позагалактичних досліджень”, – пишуть автори нового дослідження.
Дослідження опубліковане в журналі Nature Astronomy і, можливо, знайшло відповідь. Воно називається “Розшифровка альфа-випромінювання Лаймана вглиб епохи реіонізації”. Провідний автор – Каллум Віттен, науковий співробітник Інституту космології Кавлі при Кембриджському університеті у Великобританії.
“Однією з найзагадковіших проблем попередніх спостережень було виявлення світла від атомів водню в дуже ранньому Всесвіті, яке повинно було бути повністю заблоковане чистим нейтральним газом, що утворився після Великого вибуху”, – сказав Віттен у прес-релізі.
Раніше було запропоновано багато гіпотез для пояснення великої втечі цього “незрозумілого” випромінювання”.
Але тепер у місті з’явився новий космологічний шериф: космічний телескоп Джеймса Вебба.
JWST був побудований з можливістю зазирнути в ранні часи Всесвіту. Це було одним із головних рушіїв усього проєкту.
Здатність JWST відчувати фотони, випущені зірками в перших галактиках на початку життя Всесвіту, відкрила нове вікно в ранній Всесвіт і веде нас до відповідей на багато давніх запитань. JWST має як чутливість, так і кутову роздільну здатність, щоб простежити давнє світло назад до його джерела.
“Тут ми використовуємо унікальну перевагу як високої роздільної здатності, так і високої чутливості зображень з ближньої інфрачервоної камери космічного телескопа Джеймса Вебба, щоб показати, що всі галактики у вибірці альфа-випромінювачів Лаймана з червоним зміщенням >7 мають близьких супутників”, – пишуть дослідники в своїй роботі. Це важливий момент з величезними наслідками.
Зображення JWST альфа-випромінювача Лаймана LAE EGSY8p68 показують більше деталей, ніж попередні спостереження за допомогою космічного телескопа “Габбл”. Роздільна здатність JWST виявляє скупчення менших, тьмяніших галактик навколо яскравих галактик LAE EGSY8p68, які не міг побачити HST. Цей регіон є набагато жвавішим, переповненим регіоном з великою кількістю активного зореутворення.
“Там, де Хаббл бачив лише велику галактику, Вебб бачить скупчення менших взаємодіючих галактик, і це відкриття мало величезний вплив на наше розуміння несподіваної емісії водню з деяких перших галактик”, – сказав співавтор дослідження Серхіо Мартін-Альварес зі Стенфордського університету.
Ранні галактики були гігантськими виробниками зірок і були багатим джерелом викидів альфа-гамма-випромінювання Лаймана. Більшість випромінювань були заблоковані первісним нейтральним воднем, який заповнював простір між галактиками в ранньому Всесвіті. Про що свідчить той факт, що більшість випромінювачів альфа-гамма-випромінювання Лаймана – це галактики, які мають близьких сусідів?
На думку авторів, це говорить нам про те, що злиття галактик і їхнє рясне зореутворення стоять за альфа-випромінюванням Лаймана. Симуляція злиття галактик створила макет JWST-зображення, яке виглядає напрочуд схожим на реальне JWST-зображення взаємодіючих галактик.
Для перевірки своєї ідеї дослідники використовували симуляцію злиття та взаємодії галактик під назвою Azahar. Azahar показав, що в міру накопичення зоряної маси і формування зірок у цих ранніх галактиках відбувалися дві речі.
Зірки випромінювали альфа-випромінювання Лаймана, яке створювало бульбашки і канали іонізованого водню в нейтральному водневому середовищі, що блокувало світло. Бульбашки та канали пропускали альфа-випромінювання Лаймана.
Це дослідження показує, що в ранньому Всесвіті відбувалося більше галактичних злиттів, ніж ми могли бачити до початку роботи JWST.
Ці злиття та взаємодії, а також рясне зореутворення, яке вони породили, відповідальні як за створення альфа-випромінювання Лаймана, так і за створення шляху для нього з щільного, непрозорого нейтрального водню, який домінував у молодому Всесвіті.
Загалом, висока швидкість злиття галактик у молодому Всесвіті відповідальна за загадкове альфа-випромінювання Лаймана.
Дослідники ще не закінчили. Вони планують більш детальні спостереження за галактиками на різних стадіях злиття, щоб розвинути свою ідею ще більше.
