Shkencëtarët shohin dritat e para të universit në agimin e kohës

Duke parë në të kaluarën e largët, astronomët po zbulojnë sekretet se kur Universi ndezi dritat e tij.

Në katër punime të veçanta, të pranuara ose të botuara në The Astrophysical Journal, shkencëtarët kanë detajuar vështrimin më të thellë të periudhës së njohur si Epoka e Reionizimit – periudha në të cilën mjegulla e dendur që errësonte dritën nga përhapja u pastrua, duke lejuar yjet dhe galaktikat. të shkëlqejë më në fund.

Dihet relativisht pak për këtë epokë, por vëzhgimet e reja, të marra duke përdorur teleskopin hapësinor James Webb, tregojnë se formimi i yjeve ishte i përhapur dhe drita e këtij procesi luajti një rol të rëndësishëm në pastrimin e reve të Universit të hershëm.

Hulumtimi gjithashtu demonstron në mënyrë kolektive fuqinë e teleskopit në studimin e kësaj periudhe enigmatike në historinë e Universit tonë dhe të kuptuarit e proceseve që po ndodhin ndërsa gjithçka ishte ende paksa e nxehtë e çrregullt e materies.

Gjithçka në Univers duket relativisht e vendosur tani, por Universi i hershëm, në miliardë vitet e para pas Big Bengut 13.8 miliardë vjet më parë, ishte një kohë ndryshimi të shpejtë. Fillimisht, hapësira u mbush me një mjegull të nxehtë dhe të turbullt gazi jonizues. Ky gaz ishte i padepërtueshëm ndaj dritës; fotonet thjesht shpërndanë nga elektronet e lira që fluturojnë përreth.

Ndërsa gazi filloi të ftohej, protonet dhe elektronet filluan të kombinohen për të formuar atome hidrogjeni kryesisht neutrale, dhe pak helium, në një periudhë të njohur si Epoka e Rekombinimit, rreth 300,000 vjet pas Big Bengut (një emërtim i vogël i gabuar meqenëse nuk kishin është kombinuar më parë, por kështu e quajmë).

Ky ishte i pari nga tranzicionet kryesore fazore të përjetuara nga gazi në Universin e hershëm. Me të gjitha elektronet e lira të lidhura në atome, drita mund të lëvizë lirshëm. Thjesht… nuk kishte shumë për ta bërë atë, kështu që hapësira mbeti goxha e errët.

Faza tjetër e tranzicionit ishte rijonizimi. Shkencëtarët besojnë se grumbullimet e hidrogjenit neutral filluan të formojnë yje, të grupuara në galaktika, duke shpërthyer mjedisin e gaztë me dritë ultravjollcë.

Kjo e rijonizoi gazin duke i lëshuar elektronet; megjithatë, për shkak se hapësira ishte zgjeruar mjaft, hidrogjeni i sapo-jonizuar ishte mjaftueshëm i përhapur për të vazhduar të lejonte dritën të rrjedhë. Rreth 1 miliard vjet pas Big Bengut, hapësira ishte plotësisht transparente.

Megjithatë, është e vështirë të shohësh se çfarë po ndodh gjatë epokës së reionizimit. Është shumë larg, objektet janë shumë të zbehta dhe ka ende shumë hapësirë të errët, duke na errësuar pamjen. Këtu hyn JWST. Teleskopi hapësinor me rreze infra të kuqe u ndërtua duke pasur parasysh këtë periudhë dhe syri i tij i fuqishëm i veshur me ar zbulon sinjale të objekteve që shkëlqejnë në errësirën e largët.

Në një preprint të pranuar nga The Astrophysical Journal, një ekip ndërkombëtar astronomësh të udhëhequr nga Pierluigi Rinaldi i Universitetit të Groningenit në Holandë zbulon zbulimin e parë të Epokës së Reionizimit (EoR) të një gjatësi vale specifike të hidrogjenit, të quajtur alfa hidrogjeni.

Ky është një nënshkrim i formimit të yjeve. Yjet masive të foshnjave shpërthejnë shumë rrezatim ultravjollcë, i cili shkëlqen në mjedisin ndëryjor, duke jonizuar gazin neutral të hidrogjenit që mund të jetë i varur atje. Kjo bën që gazi i hidrogjenit të shkëlqejë në një gjatësi vale specifike – kjo është linja alfa e hidrogjenit.

Ne nuk e dimë se çfarë prodhoi dritën ultravjollcë në EoR, nëse ishte yje, galaktika apo kuazare, por zbulimi i parë i hidrogjenit alfa teksa po ndodhte është një e dhënë e fortë. Rinaldi dhe kolegët e tij analizuan sinjalin dhe zbuluan se formimi i yjeve qëndron pas shumë prej tij.

“Ne arritëm në përfundimin,” shkruajnë ata, “se emetuesit e fortë alfa të hidrogjenit prodhonin rreth një të katërtën e densitetit total të shkallës së formimit të yjeve në [rreth 13 miliardë vjet më parë], gjë që sugjeron se ata ka të ngjarë të kenë pasur një rol të rëndësishëm në procesin e rijonizimit. .”

Një punim i udhëhequr nga astronomi Daichi Kashino i Universitetit Nagoya në Japoni i shtohet historisë. Rijonizimi nuk ishte një proces uniform; ndodhi në xhepa, ose flluska, rreth emetuesve më të shndritshëm UV, d.m.th., galaktikave. Kashino dhe kolegët e tij përdorën të dhënat e JWST për të dalluar këto xhepa, duke treguar se galaktikat gjithashtu kontribuan ndjeshëm në EoR.

“Jo vetëm që Webb tregon qartë se këto rajone transparente gjenden rreth galaktikave, ne kemi matur gjithashtu se sa të mëdha janë ato,” thotë Kashino. “Me të dhënat e Webb-it, ne po shohim që galaktikat rijonizojnë gazin rreth tyre.”

Këto flluska ishin rreth 4 milionë vite dritë të gjerë në kohën kur studiuesit synuan, në fund të EoR, dhe një punim i udhëhequr nga astrofizikani Jorryt Matthee i ETH Zürich në Zvicër analizoi karakteristikat e tyre. Ekipi i tij zbuloi se galaktikat ishin shumë të nxehta, të ulëta në metale dhe pluhur dhe shumë aktive.

“Ata janë më kaotikë se ato në universin e afërt,” thotë Matthee. “Webb tregon se ata po formonin në mënyrë aktive yje dhe duhet të kishin qëlluar shumë supernova. Ata kishin një rini mjaft aventureske!”

Një punim i katërt, i udhëhequr nga Anna-Christina Eilers nga MIT në Kembrixh, Masaçusets, nuk u fokusua në proceset e rijonizimit, por në galaktikën kuazar në qendër të vëzhgimeve të JWST.

Këto janë ndër objektet më të shndritshme në Univers, galaktikat me një vrimë të zezë supermasive aktive që grumbullon aq shumë lëndë sa që flakërojnë në kohë dhe hapësirë.

Ndërsa kjo dritë udhëton drejt nesh nga shtrirja e largët e Universit, ajo lëviz përmes gazit. Analiza e dritës mund të zbulojë shumë për atë që është në hapësirën midis këtu dhe atje. Puna e ekipit zbuloi gjithashtu se kuazari përmban një vrimë të zezë supermasive rreth 10 miliardë herë më të madhe se masa e Diellit. Është sfiduese të shpjegohet saktësisht se si u rrit kaq i madh në vetëm 1 miliard vjet, por kjo do të jetë temë e punës së ardhshme.

Ajo që ne dimë është se kjo nuk është fjala përfundimtare për Eor. Ne mezi e kemi gërvishtur sipërfaqen.

“Ky hulumtim hap mundësinë e studimit të galaktikave të hershme në një mënyrë të pamundshme më parë,” thotë Rinaldi. “Gjëja e mrekullueshme është se ne kemi treguar se ky lloj studimi mund të bëhet në mënyrë rutinore me JWST/MIRI.”