Odkrycie galaktyk "zielonego groszku" może zakończyć ciemny wiek Wszechświata
Magdalena Mateja-Furmanik
Niedawno, z pomocą kosmicznego teleskopu Jamesa Webba (JWST), dostrzeżono trzy małe, odległe galaktyki, które mogą rozwiązać kosmiczną tajemnicę, nad którą naukowcy głowią się od dziesięcioleci. Chodzi o rejonizację, czyli bardzo silne promieniowanie, które przedarło się przez wszechobecną chmarę atomów wodoru i uczyniło gwiazdy i galaktyki widocznymi.
Kosmiczne ciemności
Zdaniem naukowców bezpośrednio po Wielkim Wybuchu Wszechświat był oślepiająco jasny. Wszechświat stanowił coś w rodzaju kipiącej plazmy zamiast zbioru stałych elementów. Działo się tak dlatego, że ciepło szczątkowe było tak duże, że elektrony nie mogły łączyć się z protonami, tworząc atomy. I chociaż trudno to sobie wyobrazić, ten prehistoryczny Wszechświat był gigantyczną chmurą świecącego gazu, elektrycznie naładowanych (czyli zjonizowanych) cząstek, które rozpraszały światło, podobnie jak żarówka fluorescencyjna.
Ten prehistoryczny okres istnienia Wszechświata można podsumować biblijnym stwierdzeniem: "I stała się światłość".
Przez kolejne 380 tys. lat rozszerzający się Wszechświat powoli ochładzał się, aż osiągnął temperaturę wystarczającą, aby mogły powstać atomy wodoru. Niektóre z tych atomów ostatecznie połączyły się w pierwsze gwiazdy i galaktyki. Jednak otaczająca je warstwa wodoru pochłaniała ich światło - podobnie jak gęsta mgła może blokować reflektory pojazdu.
Zatem po oślepiających jasnościach nastała nieprzenikniona ciemność.
W końcu ten kosmiczny ciemny wiek dobiegł końca, jednak szczegóły tego procesu do niedawna stanowiły zagadkę. Energetyczne promieniowanie rozbiło międzygalaktyczne atomy wodoru - zamieniając je z powrotem w samotne protony i elektrony - w procesie zwanym rejonizacją. Przedrostek "re" sugeruje, że zjawisko to ma miejsce ponownie. Pierwsza jonizacja miała miejsce zaraz po Wielkim Wybuchu.
Jak można się domyśleć, rejonizacja całej istniejącej materii między galaktykami wymagałaby ogromnej ilości energii. Skąd pochodziła?
Jednym z głównych pytań kosmologicznych jest, co jest przyczyną rejonizacji?
Galaktyczny groszek i teleskop kosmiczny Jamesa Webba
11 lipca 2022 r. dzięki użyciu najnowocześniejszego teleskopu kosmicznego Jamesa Webba (JWST) udało się zrobić najostrzejsze zdjęcie odległego Wszechświata, jaki dotychczas widziano. Unikalne zdjęcie przedstawia tysiące galaktyk znajdujących się o wiele dalej niż jakiekolwiek obserwowane wcześniej.
JWST może go uchwycić, ponieważ analizuje światło podczerwone. W miarę rozszerzania się Wszechświata, jego najodleglejsze galaktyki wydają się przesuwać z widzialnej części widma elektromagnetycznego do podczerwieni. Spośród tysięcy galaktyk ze zdjęcia, naukowcy postanowili przeprowadzić dalsze obserwacje spektroskopowe trzech z nich, które wyglądały tak, jakby znajdowały się szczególnie daleko.
Jak podaje Shannon Hall dla Nature, kiedy James Rhoads, astronom z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland i jego koledzy po raz pierwszy zobaczyli widma wyselekcjonowanych galaktyk, zdali sobie sprawę, że wyglądają jak obiekty normalnie znajdujące się w pobliżu. Miały niesamowite podobieństwo do galaktyk "zielonego groszku", które zostały po raz pierwszy zauważone przez obywatelski projekt naukowy o nazwie Galaktyczne Zoo.
Galaktyki zielonego groszku zawdzięczają swoją nazwę kolorowi i rozmiarowi. I chociaż stanowią zaledwie 5 proc. wielkości Drogi Mlecznej i 1 proc. jej masy, wytwarzają gwiazdy w ogromnym tempie - około 100 razy szybciej, niż astronomowie się tego spodziewali. Wydają się również zawierać stosunkowo niewiele ciężkich pierwiastków. Ich zielonkawy odcień pochodzi od blasku zjonizowanego tlenu (stosunkowo lekkiego pierwiastka) ogrzewanego przez nowo narodzone gwiazdy.
Sobowtóry zielonego groszku
Zdaniem naukowców, nowoodkryte galaktyki pochodzą z wczesnego kosmosu, a jednocześnie przypominają relatywnie bliskie galaktyki zielonego groszku.
"Wiedzieliśmy, że wyglądają jak widma zielonego groszku w chwili, gdy je zobaczyliśmy" - powiedział James Rhoads w rozmowie z Nature. Podobnie jak zielony groszek, trzy badane galaktyki, czyli "trio", są małe i mają silne widma emisyjne - co oznacza, że szybko wytwarzają gwiazdy. Ponadto mają niską zawartość pierwiastków cięższych niż wodór i hel. W rzeczywistości najodleglejsza z nich zawiera około 2 proc. tyle tlenu co Droga Mleczna. To prawdopodobnie najniższa ilość tlenu zaobserwowana w galaktyce.
Na czym jednak polega sedno tego odkrycia? Dlaczego jest tak wielkie i wywołuje taką ekscytację wśród naukowców? Jest tak dlatego, że naukowcy są pewni, że "trio" to galaktyka tego samego typu co zielony groszek z tym, że ten ostatni powstał 10 miliardów po Wielkim Wybuchu, podczas gdy "trio" jest relatywnie młode, ponieważ ma pojawiło się "zaledwie" 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Zatem naukowcy posiadają teraz znacznie świeższe dane, które otwierają nowe pole dla badania przeszłości Wszechświata.
Zagadka rozwiązana
Dzięki odkryciu trio i stwierdzeniu, że skupia ono galaktyki tego samego rodzaju do galaktyki zielonego groszku, naukowcy znaleźli się na tropie zagadki rejonizacji Wszechświata - czyli zagadki wyzwolenia kosmosu z "wieków ciemnych".
W 2016 roku astronomowie odkryli kolejną galaktykę zielonym groszku wysyłającą masę jonizujących fotonów do ośrodka międzygalaktycznego. Co ciekawe, większość galaktyk obserwowanych w pobliskim Wszechświecie tego nie robi. Zgodnie z hipotezą naukowców, galaktyki zielonego groszku mogą być w stanie przebić kanały ośrodka międzygwiezdnego, tworząc drogę ucieczki dla energetycznego promieniowania.
Może to oznaczać, że obiekty takie jak galaktyczne "trio" z wczesnego Wszechświata wytworzyły energię potrzebną do wyzwolenia kosmosu z ciemnych wieków.
Źródło: nature.com
