Mi vetett véget az Univerzum sötét korszakának? – A James Webb-űrtávcső adatai megmondják!

4627

Körülbelül 400 000 évvel az Ősrobbanás után a Világegyetem még teljesen sötét volt: ekkor az űrt hideg, sűrű, jórészt hidrogénből álló gáz töltötte ki, amely nem bocsátott ki sugárzást. Ezután lassacskán, évmilliók százai alatt ez az anyag csomósodni kezdett a gravitációs hatások következtében, míg végül a sűrűsödések mérete elég naggyá vált ahhoz, hogy beindulhassanak a bennük a fúziós folyamatok. Így születtek meg az első csillagok.

Az első csillagok fénye kezdetben nem jutott messzire: rögtön elnyelődött a közeli hidrogénfelhőkben. Azonban ahogy egyre több és több csillag alakult ki, egy idő után fényükkel újra ionizálni tudták az őket körülvevő gázt, ezzel átlátszóvá téve maguk körül a teret. Ekkor beköszöntött az átlátszó Univerzum korszaka, amely még napjainkban is tart.

Itt azonban felmerül a sokakat nyugtalanító kérdés: vajon pontosan miféle csillagok fénye váltotta ki az hidrogén gáz újra ionizációját, és vetett véget az előtte lévő sötét korszaknak? A tekintélyes Nature magazinban publikált tanulmányban erre a kérdésre igyekeztek választ találni a kutatók egy hatalmas galaxishalmaz vizsgálatával, és arra a következtetésre jutottak, hogy a halvány törpegalaxisokban található csillagok lehettek felelősek az Univerzum sötét korszakának végéért.

Mi vetett véget a sötét korszaknak?

A legtöbb csillagász egyetért abban, hogy az Univerzum újra ionizálásában a galaxisok játszottak fő szerepet, ám az, hogy pontosan milyen folyamatok vezettek el a sötétség megszűnéséig, napjainkban is vitatott. Az is ismert, hogy a galaxisokban lévő csillagok sok ionizáló fotont bocsátanak ki, de az még mindig nem teljesen tiszta, hogy ezek a fotonok miként szöktek ki az őket övező gázfelhőkön át galaxisok közi térbe.

Eddig kérdéses volt az is, hogy milyen típusú galaxisok csillagai tudnak olyan nagy mennyiségű fotont kibocsátani, amelyek képesek az újra ionizációra, és vannak olyanok is, akik a folyamatért egzotikus objektumokat, például hatalmas fekete lyukakat tesznek felelőssé.

A galaxisok szerepét meghatározónak gondoló kutatók két csoportra oszlanak.

Az egyik csoport szerint a hatalmas méretű, nagy tömegű galaxisok felelősek az újra ionizációért. Az ilyen típusú galaxisokból bár nem volt sok Világegyetemünk fiatal korában, ezek sok fényt bocsátottak ki, és ilyen módon ha ennek a fénynek egy része ki tudott szabadulni belőlük, az képes lehetett arra, hogy újra átlátszóvá tegye az Univerzumot.

A másik elmélet követői a kevés óriásgalaxis helyett a nagyobb számban jelenlévő, ámde kisebb galaxisokat tartják megfelelő magyarázatnak, amelyek a nagy számok törvényének megfelelően bár egyenként kevés fényt bocsátanak ki, együtt elegek lehettek az Univerzum újra ionizálásához.

Egy 4 millió fényév átmérőjű nagyítólencse

A korai Univerzum vizsgálata kihívásokat rejt magában. A nagy tömegű galaxisok igen ritkák, így nehéz megtalálni őket, a kisebb galaxisok pedig bár többen vannak, fényük meglehetősen halvány, és így bonyolult jó minőségű adatokat szerezni róluk.

A nemrég megjelent tanulmány kutatói a leghalványabb, és legidősebb galaxisokat igyekeztek megkeresni, és ehhez egy óriási galaxishalmazt, az úgynevezett Pandora-halmazt használták nagyítólencseként. A galaxishalmaz hatalmas tömege ugyanis meghajlítja a téridő szövetét, és gravitációs lencsézéssel megsokszorozza a mögötte lévő objektumok fényességét.

A valaha látott legtávolabbi galaxisok közé tartozó két galaxis, amelyek fényességét a Pandora-halmaz nagyító hatása sokszorozta meg. Forrás: NASA / ESA/ CSA / T. Treu (UCLA).

A kutatók a James Webb-űrtávcső UNCOVER programjának infravörös adatait használva térképezték fel a Pandora-halmaz mögötti galaxisokat. A halmaz mögötti galaxisok sokaságából azokat a galaxisokat választották ki részletesebb vizsgálatra, amelyek a legtávolabb vannak tőlünk, és éppen ezért a legősibbek is. (Mivel egy ilyesféle kutatás sok anyagi erőforrást követel, a kutatók egyelőre csak 8 ilyen galaxist tudtak nagy részletességgel megvizsgálni.)

A hevesen felfénylő hidrogén

A vizsgált galaxisok, amelyekben a kutatók az újra ionizált hidrogén felfénylésére utaló nyomjelzőket keresték, rendkívül halványak voltak: fényességük Tejútrendszerünk fényességének körülbelül 0,5%-át tette ki. Éppen ezért a Pandora-halmaz nagyítása nélkül lehetetlen lett volna őket megfigyelni.

Ezekkel a mérésekkel a csoport azt is igazolta, hogy a korai Univerzumban már léteztek ilyen kicsi galaxisok is. Ám ami ennél még érdekesebb, számításaik szerint ezek a galaxisok mintegy négyszer annyi fényt bocsátottak ki, mint azt korábban gondoltuk a csillagfejlődéssel kapcsolatos számítások alapján. Minthogy ezek a galaxisok az elvárásokon felülien sok fényt bocsátottak ki, ez bőven elég lehetett ahhoz, hogy újra ionizálja a korai, sötét Univerzumot.

Korábban a tudósok úgy gondolták, hogy a fényesség 20%-ának kell kijutnia a kisebb galaxisokból ahhoz, hogy az újra ionizáció megtörténhessen, ám az itt bemutatott új eredmények szerint ez a szám 5%-ra csökken, ami összhangban van a jelen megfigyelésekkel is.

A Nature folyóiratban megjelent tanulmány erős bizonyítékot mutat tehát arra, hogy az óriásgalaxisok helyett a kisebb galaxisok szerepe lehetett meghatározó az Univerzum újra ionizálásában, és a sötét korszak megszűntetésében. Mivel állításuk egy kis elemszámú, csupán nyolc galaxisból álló minta vizsgálatán alapul, a mindent elsöprő bizonyítékhoz a jövőben fontos lenne egy több galaxisból álló, nagyobb minta vizsgálata is.

A cikk forrása: https://theconversation.com/what-ended-the-dark-ages-in-the-early-universe-new-webb-data-just-brought-us-closer-to-solving-the-mystery-224525

Hozzászólás

hozzászólás