Επιτέλους γνωρίζουμε τι έφερε το φως στο σκοτεινό και άμορφο κενό του πρώιμου Σύμπαντος.
Σύμφωνα με δεδομένα από τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και James Webb, οι ελεύθεροι φωτοβόλοι φορείς της πρώιμης κοσμικής αυγής προέρχονταν από μικρούς νάνους γαλαξίες που άναψαν για πρώτη φορά, καθαρίζοντας την «ομίχλη» του υδρογόνου που γέμιζε το μεσογαλαξιακό διάστημα. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature τον Φεβρουάριο του 2024.
Οι υπερβολικά αχνές πηγές με τεράστια ισχύ
«Η ανακάλυψη αποκαλύπτει τον κρίσιμο ρόλο που έπαιξαν οι υπερβολικά αμυδροί γαλαξίες στην εξέλιξη του πρώιμου Σύμπαντος», δήλωσε η αστροφυσικός Iryna Chemerynska από το Institut d’Astrophysique de Paris.
«Παράγουν ιονίζοντα φωτόνια που μετατρέπουν το ουδέτερο υδρογόνο σε ιονισμένο πλάσμα κατά την περίοδο της κοσμικής επαναϊονιζασης. Τονίζει τη σημασία της κατανόησης των χαμηλής μάζας γαλαξιών στη διαμόρφωση της ιστορίας του Σύμπαντος».
Από σκοτάδι σε φως
Λίγα λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν ήταν γεμάτο από ένα θερμό και πυκνό πλάσμα. Το φως δεν μπορούσε να διαπεράσει αυτό το πέπλο, αφού τα φωτόνια συγκρούονταν με ελεύθερα ηλεκτρόνια και διασκορπίζονταν. Έτσι, το Σύμπαν βυθίστηκε στο σκοτάδι.
Όταν πέρασαν περίπου 300.000 χρόνια, το Σύμπαν είχε κρυώσει αρκετά ώστε να σχηματιστεί ουδέτερο υδρογόνο (και λίγο ήλιο). Το φως μπορούσε πλέον να διαπερνά αυτό το αέριο, αλλά δεν υπήρχαν ακόμα αρκετές πηγές φωτός. Από αυτό το πρωτογενές υδρογόνο και ήλιο, όμως, γεννήθηκαν τα πρώτα άστρα.
Αυτά τα πρώτα άστρα παρήγαγαν ακτινοβολία αρκετά ισχυρή ώστε να αποσπά ηλεκτρόνια από τους πυρήνες και να επαναϊονίσει το αέριο. Καθώς το Σύμπαν είχε πλέον διασταλεί, το αέριο ήταν πιο αραιό και δεν μπορούσε να σταματήσει πλέον το φως.
Περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη – στο τέλος της εποχής που ονομάζουμε «κοσμική αυγή» – το Σύμπαν είχε επαναϊονιστεί πλήρως. Το φως είχε νικήσει το σκοτάδι.
Το τηλεσκόπιο JWST και η αποκάλυψη των νάνων
Μέχρι πρόσφατα, πιστεύαμε ότι οι κύριες πηγές της επαναϊονιζασης ήταν ισχυρά αντικείμενα: υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και τεράστιοι γαλαξίες με έντονη γέννηση άστρων. Όμως, το James Webb Space Telescope, σχεδιασμένο εν μέρει για να εξερευνήσει αυτή την αινιγματική περίοδο, έφερε μια απροσδόκητη αποκάλυψη: οι νάνοι γαλαξίες ήταν ο πραγματικός κινητήριος μοχλός του κοσμικού επαναϊονισμού.
Η μελέτη του Abell 2744
Μια διεθνής ομάδα, με επικεφαλής τον αστροφυσικό Hakim Atek του Institut d’Astrophysique de Paris, χρησιμοποίησε δεδομένα από το JWST και το Hubble για να μελετήσει τον γαλαξιακό σμήνος Abell 2744. Το σμήνος αυτό είναι τόσο πυκνό, που καμπυλώνει τον χωροχρόνο γύρω του, λειτουργώντας ως «κοσμικός φακός» και επιτρέποντας την παρατήρηση μακρινών και αχνών αντικειμένων από την εποχή της κοσμικής αυγής.
Οι επιστήμονες εντόπισαν μικρούς νάνους γαλαξίες και κατέγραψαν το φάσμα τους. Ανακάλυψαν πως όχι μόνο αποτελούν το πιο άφθονο είδος γαλαξιών εκείνης της εποχής, αλλά είναι και πολύ πιο φωτεινοί απ’ ό,τι αναμενόταν.
Οι γαλαξίες νάνοι που έφεραν την επανάσταση
Η μελέτη έδειξε ότι οι νάνοι γαλαξίες ξεπερνούν αριθμητικά τους μεγάλους κατά 100 προς 1 και η συλλογική τους εκπομπή είναι τέσσερις φορές ισχυρότερη σε ιονίζουσα ακτινοβολία από ό,τι υπολογίζαμε μέχρι τώρα για μεγαλύτερους γαλαξίες.
«Αυτές οι κοσμικές γεννήτριες εκπέμπουν συλλογικά περισσότερη ενέργεια από όση χρειάζεται για να ολοκληρωθεί ο επαναϊονισμός. Παρά το μικρό τους μέγεθος, αυτοί οι χαμηλής μάζας γαλαξίες είναι παραγωγοί ισχυρότατης ακτινοβολίας, και η αφθονία τους σε αυτήν την περίοδο είναι τόσο μεγάλη που η συνολική τους επίδραση μπορεί να αλλάξει πλήρως την κατάσταση του Σύμπαντος» δήλωσε ο Atek.
Ένας νέος χάρτης της κοσμικής ιστορίας
Η ομάδα σκοπεύει να μελετήσει περισσότερες περιοχές του ουρανού μέσω βαρυτικών φακών ώστε να διασφαλίσει ότι δεν εξετάστηκε απλώς μια τοπική ανωμαλία, αλλά ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα του πρώιμου πληθυσμού γαλαξιών.
Αν και πρόκειται για μία μόνο περιοχή, τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά. Οι επιστήμονες αναζητούσαν απαντήσεις για τον κοσμικό επαναϊονισμό εδώ και δεκαετίες. Τώρα, με το JWST, η ομίχλη αρχίζει να διαλύεται.
«Έχουμε πλέον εισέλθει σε ανεξερεύνητο έδαφος με το JWST. Αυτή η εργασία ανοίγει εντελώς νέα και συναρπαστικά ερωτήματα στην προσπάθειά μας να χαρτογραφήσουμε την εξελικτική ιστορία της αρχής μας», δήλωσε ο αστροφυσικός Themiya Nanayakkara από το Swinburne University of Technology στην Αυστραλία.
