Карликовые галактики сделали раннюю Вселенную прозрачной для света

«Джеймс Уэбб» позволил астрономам заглянуть в самую юность космоса и сделать сенсационный вывод: именно карликовые галактики, размером в сотню раз меньше нашего Млечного Пути, выжгли первичный водородный туман. Этот процесс, известный как реионизация, стал поворотным моментом в истории всего сущего. «Вселенная стала прозрачной, — объясняет ведущий автор исследования, астрофизик Хаким Атек. — Благодаря этому мы сейчас и видим далёкие галактики». Поразительно, как судьба видимости всего космоса зависела от таких скромных объектов.

Как Вселенная вышла из «Тёмных веков»

После Большого взрыва Вселенная остыла, и частицы слиплись в нейтральные атомы водорода. Наступили космические «Тёмные века». Газ сгущался, рождались первые звёзды, но их свет не мог пробиться сквозь густой водородный «туман». Представьте себе лес в плотнейшем тумане, где лишь смутно мерцают одинокие светлячки — вот так выглядел тогда космос.

Чтобы сделать пространство прозрачным, нужно было разбить нейтральные атомы водорода на заряженные ионы. Кто же мог стать космическим «садовником», выжигающим туман? Учёные рассматривали трёх кандидатов:

• Мощные квазары — световые джеты от чёрных дыр.
• Массивные галактики вроде нашего Млечного Пути.
• Карликовые галактики — самые маленькие и незаметные.

Массивные галактики поглощали бы большую часть своего же ультрафиолета, считает астрофизик Клаудия Скарлата. Квазаров было слишком мало. А вот карликовые галактики, оказывается, были идеальным инструментом: они были настолько малы, что их жёсткое излучение легко покидало их пределы и уходило в межгалактическое пространство. Ирония судьбы: самые незаметные объекты оказались самыми важными.

Конечно, напрямую увидеть эти древние карликовые галактики невероятно сложно — они слишком тусклы. «Нет ничего лучше, чем получить данные именно о тех, первых галактиках», — отмечает астрофизик Джеймс Роудс из NASA. И здесь на помощь пришла сама природа.

Космическая лупа: как увидеть невидимое

Учёные использовали «естественный телескоп» — массивное скопление галактик, которое, как гравитационная линза, искажает и усиливает свет от объектов позади себя. Это позволило разглядеть восемь невероятно тусклых карликовых галактик времён реионизации, когда Вселенной не было и миллиарда лет.

Проанализировав ультрафиолетовый спектр этих галактик с помощью данных «Уэбба», команда пришла к выводу: даже такие слабые источники с лёгкостью ионизировали водород вокруг себя. Расчёты показали, что карликовых галактик в ту эпоху было так много, что им хватило бы мощности, чтобы «очистить» всю Вселенную, даже если бы лишь 5% их излучения утекало наружу.

Карликовые галактики сформировались первыми, что и объясняет раннее начало реионизации, говорит Роудс. Каждая из них создавала вокруг себя пузырь прозрачности, который расширялся в непроглядном газе. Постепенно эти пузыри сливались, пока весь космический туман не был выжжен дотла.

Пузыри от карликов были меньше, чем от квазаров, но их было несметное количество. Именно эта распределённая армия маленьких «чистильщиков» гарантировала, что реионизация прошла равномерно по всему космосу. И эта равномерность, в конечном счёте, определила архитектуру Вселенной, какой мы её знаем сегодня. Так что в следующий раз, глядя на ясное ночное небо, вспомните о титанической работе, проделанной космическими карликами.