„Kosmické majáky“ – Webb odhaluje tajemství prvního světla vesmíru

Průkopnická pozorování JWST (James Webb Space Telescope) odhalují klíčovou roli galaxií s nízkou hmotností v reionizaci raného vesmíru, což zpochybňuje existující teorie kosmické evoluce. Vědci pracující s daty z vesmírného dalekohledu JWST získali první úplná spektra některých z nejstarších hvězd ve vesmíru. Snímky poskytují dosud nejjasnější obraz novorozených galaxií s velmi nízkou hmotností, které vznikly méně než miliardu let po Velkém třesku, a naznačují, že malé galaxie jsou ústředním prvkem příběhu o kosmickém původu.

Mezinárodní tým výzkumníků, včetně dvou astrofyziků z Penn State, zveřejnil své výsledky nedávno v časopise Nature. Spektra odhalují první viditelné světlo z období vesmíru známého jako reionizace, které bylo poháněno vznikem nejstarších hvězd a galaxií.

Snímky z hlubokého pole pořízeného vesmírným dalekohledem JWST poskytly první pohledy na ultra slabé galaxie, které výzkumníci identifikovali jako silné kandidáty na objekty, které vyvolaly reionizaci vesmíru.

Prvotní vesmír: Přechod z temnoty do světla
Normální hmota ve vesmíru začala jako horká, hustá mlha tvořená téměř výhradně jádry vodíku a helia, vysvětlila Joel Leja, odborná asistentka astronomie a astrofyziky na Penn State a autorka článku. Jak expandovala a chladla, osamělé protony a elektrony se začaly vázat, čímž se poprvé vytvořil neutrální vodík. Poté, zhruba 500 až 900 milionů let po Velkém třesku, se tento neutrální vodík – který převládal v raném vesmíru – začal znovu oddělovat na ionizovaný plyn, což podnítilo vznik hvězd a galaxií a zvedlo prvotní mlhu, takže světlo mohlo cestovat poprvé bez překážek.

„Něco se zapnulo, co začalo pumpovat fotony s velmi vysokou energií do mezigalaktické prázdnoty,“ řekla Leja. „Tyto zdroje fungovaly jako kosmické majáky, které spalovaly mlhu neutrálního vodíku. Ať už to bylo cokoliv, bylo to tak energické a tak vytrvalé, že se celý vesmír znovu ionizoval.“

Galaktičtí průkopníci: Role málohmotných galaxií
Analýzou spekter mladých galaxií s nízkou hmotností vědci prokázali, že malé galaxie jsou silnými kandidáty na „něco“, co podnítilo reionizaci vesmíru zahřátím hustého prvotního plynu kolem nich a ionizací kdysi neutrálního vodíku.

„Pokud jsou ostatní galaxie s nízkou hmotností ve vesmíru stejně běžné a energetické jako tyto, myslíme si, že konečně rozumíme majákům, které spálily kosmickou mlhu,“ řekla Leja. „Byly to neuvěřitelně energetické hvězdy v mnoha, mnoha malých galaxiích.“

Očekává se, že většina galaxií v raném vesmíru bude relativně malá, takže studium jejich frekvence a vlastností je extrémně obtížné, dodala Leja. Díky technologickému výkonu, který umožňuje jedinečná kombinace citlivosti JWST a efektu gravitační čočky kupy Abell 2744 – blízkých galaxií, které fungují jako kosmické lupy, deformují prostor a zesilují světlo galaxií v pozadí – je nyní možné určit množství malých galaxií a jejich ionizační vlastnosti během první miliardy let vesmíru.

„Zjistili jsme, že malé galaxie během této epochy reionizace vesmíru převyšovaly masivní galaxie asi o sto ku jedné,“ uvedl ve zprávě Hakim Atek, astrofyzik na Sorbonnské univerzitě, výzkumník z Pařížského institutu astrofyziky a hlavní autor článku. „Tato nová pozorování také odhalují, že tyto malé galaxie produkovaly značné množství ionizujících fotonů, čtyřnásobně překračujících kanonické hodnoty obvykle předpokládané pro vzdálené galaxie. To znamená, že celkový tok ionizujících fotonů emitovaných těmito galaxiemi daleko překračuje práh potřebný pro reionizaci.“

Mapování kosmické evoluce: Budoucí směry
Tým Penn State vedl modelování pro průzkum UNCOVER, který se zaměřoval na velkou kupu galaxií v popředí, která zachycovala menší, vzdálenější galaxie. Výzkumníci z Penn State analyzovali všechny malé světelné body v průzkumu, aby pochopili vlastnosti objektů, a také jejich pravděpodobné hmotnosti a vzdálenosti. Tato analýza byla poté použita jako vodítko pro pozdější, podrobnější pozorování JWST, která vedla k tomuto objevu, vysvětlila Leja.

Před těmito zjištěními existovala řada hypotéz, které identifikovaly další zdroje odpovědné za kosmickou reionizaci, jako jsou supermasivní černé díry; velké galaxie s hmotností přesahující jednu miliardu slunečních hmotností; a malé galaxie s hmotností menší než 1 miliarda hmotností Slunce. Výzkumníci uvedli, že potvrzení hypotézy týkající se galaxií s nízkou hmotností se ukázalo jako obzvláště obtížné vzhledem k jejich nízké svítivosti, ale nová zjištění nabízejí dosud nejjasnější důkaz, že galaxie s nízkou hmotností hrály ústřední roli v reionizaci vesmíru.

Vědci nyní chtějí rozšířit studii ve větším měřítku, aby potvrdili, že konkrétní místo, které analyzovali, je reprezentativní pro průměrné rozložení galaxií ve vesmíru. Kromě procesu reionizace poskytují jejich pozorování pohled na proces raného formování hvězd, jak se galaxie vynořily z prvotního plynu – a jak se vyvinuly do vesmíru, který známe dnes.

Zdroj: https://scitechdaily.com/cosmic-lighthouses-webb-unlocks-the-secrets-of-the-universes-first-light/

autor: František Martinek