«Уэбб» поставил под сомнение временные рамки реионизации Вселенной
Эпоха реионизации Вселенной, когда появились первые звезды и галактики, могла завершиться раньше, чем считали ученые. Наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» говорят о том, что период подошел к концу примерно спустя 550–650 млн лет после Большого взрыва, а не через 1 млрд лет. Если это предположение подтвердится, астрофизикам придется пересмотреть не только историю Вселенной, но и теории о формировании галактик.
Вселенная за свои миллиарды лет существования пережила ряд значительных трансформаций: в первые 380 тыс. лет после Большого взрыва она была раскаленной и плотной плазмой, состоящей из протонов и электронов. Со временем все остыло, и частицы смогли соединиться, образовав нейтральные атомы водорода. Спустя еще несколько сотен миллионов лет, появились первые звезды и галактики, что ознаменовало период реионизации.
Первые звезды были раскаленными и имели гигантские размеры. Некоторые из них, по оценкам ученых, были в 30-300 раз больше нашего Солнца и испускали огромное количество энергии в виде экстремального ультрафиолетового излучения. Энергия была такой силы, что при взаимодействии с атомами водорода она разбивала их на составные части — протоны и электроны. Этот процесс называется ионизацией. Спустя сотни миллионов лет, когда почти весь водород во Вселенной превратился в ионизированный газ, эпоха реионизации подошла к концу.
Поскольку около 75% всего вещества состоит из водорода, можно сказать, что Вселенная подверглась масштабному преобразованию. В частности, нагрев и ионизация газа повлияли на скорость развития и эволюции галактик. Таким образом, как отмечает группа исследователей из США, ранние звезды определили общую структуру галактик во Вселенной.
Современные ученые считают, что процесс реионизации начался примерно спустя 550 млн лет и завершился примерно через 1 млрд лет после Большого Взрыва. Для выявления этой временной шкалы использовались передовые методы наблюдения и теоретические концепции. В качестве ключевых были выбраны космический микроволновый фон и излучение Лайман-альфа. Оба этих показателя позволяют астрономам определить объем водорода, который образовался в процессе реионизации, а также оценить количество энергии, которое потребовалось для этого.
Недавние наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», ставят эту теорию под сомнение, отмечает исследовательская группа. Собранные с помощью высокочувствительных инструментов данные говорят о том, что реионизация могла завершиться примерно на 300 млн лет раньше – между 550 и 650 млн лет после Большого взрыва.
Такие неожиданные результаты навели ученых на мысль о том, что галактики, испускающие ультрафиолетовое излучение, были гораздо более распространены, чем считалось ранее. Они могли сыграть ключевую роль в эволюции Вселенной благодаря процессу ионизации. Таким образом, процесс реионизации, по-видимому, происходил непоследовательно и был ускорен более активной деятельностью галактик.
Несоответствие данных «Уэбба» и знаний, полученных учеными ранее в ходе экспериментов, могут быть связаны с отсутствием некоторых важных деталей в современных моделях, отмечают авторы исследования. Например, в некоторых случаях ионизированные протоны и электроны могут объединяться, образуя нейтральные атомы водорода. Такой процесс называется рекомбинацией. Если бы он происходил чаще, чем предполагается в моделировании, количества ультрафиолетового излучения, необходимого для ионизации всей Вселенной, стало бы больше. Если полученные «Уэббом» данные подтвердятся, существующие теории о том, как формируются галактики, потребуют доработки, чтобы отразить более активное взаимодействие между ними в процессе образования.
Ранее «Уэбб» представил яркий снимок звездного скопления Вестерлунд 1 – одного из самых молодых и самых массивных в Млечном Пути. По сравнению с другими подобными объектами оно расположено ближе всего к Земле — на расстоянии около 12 тыс. световых лет.
