Μια φωτεινή νέα ιδέα που δείχνει πώς οι γαλαξίες ανάβουν το πρώιμο σύμπαν

Οι γαλαξίες στο πρώιμο Σύμπαν ήταν πολύ πιο φωτεινοί από ό, τι προέβλεπαν οι αστρονόμοι. Οι αρχαίοι γαλαξίες φαίνονται να λάμπουν στο υπέρυθρο φως που άφησαν την πηγή τους κατά την πρώτη εποχή των γαλαξιών και των άστρων. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι αυτό το εύρημα θα μπορούσε να βοηθήσει στην απάντηση ενός ενδιαφέροντος μυστηρίου από την πρώτη εποχή του Κόσμου μας.

Μετά το Big Bang, το σύμπαν ήταν γεμάτο ενέργεια, αλλά η ύλη δεν είχε ακόμη δημιουργηθεί. Η πρώτη ύλη που δημιουργήθηκε ήταν με τη μορφή ιονισμένου υδρογόνου και ηλίου και το φως άρχισε να γεμίζει τον Κόσμο. Ωστόσο, περίπου 300.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, αυτό το ιονισμένο αέριο έγινε ηλεκτρικά ουδέτερο και το Σύμπαν εισήλθε σε μια εποχή που οι κοσμολόγοι αναφέρονται ως «Οι Σκοτεινοί Αιώνες».

Η αντίληψη ενός καλλιτέχνη για το πώς μπορεί να μοιάζει ένας πρώτος γαλαξίας. Ο ενεργός σχηματισμός αστεριών, σε συνδυασμό με τους συχνούς θανάτους των αστεριών θα φωτίζει το αέριο μεταξύ των αστεριών, κάνοντας τον γαλαξία σε μεγάλο βαθμό αδιαφανές και αφήνοντας αυτά τα σώματα με μικρή δομή. Πιστωτική εικόνα: James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

Στην αρχή…

Η Εποχή του Επαναιονισμού ξεκίνησε 500 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, σε μια εποχή που τα κβάζαρ άρχισαν να διαμορφώνονται και οι γαλαξίες άρχισαν να αναπτύσσονται. Σιγά-σιγά, πάνω από άλλα 500 εκατομμύρια χρόνια, αυτή η επανένωση φωτίζει το Σύμπαν, μετατρέποντας τον Κόσμο από μια σκοτεινή έκταση στο λαμπρό μέρος που γνωρίζουμε σήμερα. Ο τρόπος με τον οποίο συνέβη το ιονισμό, παραμένει ένα μυστήριο.

«Είναι ένα από τα μεγαλύτερα ανοιχτά ερωτήματα στην κοσμολογία παρατήρησης. Ξέρουμε ότι συνέβη, αλλά τι το προκάλεσε; Αυτά τα νέα ευρήματα θα μπορούσαν να είναι μια μεγάλη ένδειξη », δήλωσε η Stephane De Barros του Πανεπιστημίου της Γενεύης στην Ελβετία.

Μια σύνθετη εικόνα ενός πεδίου γαλαξιών, που λαμβάνονται από τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer. Οι παλαιότεροι, πιο σκοτεινοί γαλαξίες είναι κύκλοι. Η ένθετη εικόνα κάτω δεξιά δείχνει μια κοντινή, μακροχρόνια εικόνα μιας από αυτές τις αρχαίες οικογένειες αστεριών. Πιστωτική εικόνα: NASA / JPL-Caltech / ESA / Spitzer / P. Oesch / S. De Barros / I.Labbe

Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Spitzer χρησιμοποιήθηκε για να κοιτάξει πίσω τους πρώτους γαλαξίες στον Κόσμο, 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη. Η εξέταση 135 γαλαξιών διαπίστωσε ότι αυτά τα αρχαία σώματα, κατοικημένα από νεαρά, τεράστια αστέρια, ήταν εκπληκτικά ενεργητικά σε δύο συχνότητες υπέρυθρου φωτός. Αυτά τα μήκη κύματος ήταν συνεπή με το φως που παράγεται από ιονίζουσα ακτινοβολία που αλληλεπιδρά με υδρογόνο και οξυγόνο στους γαλαξίες.

«Δεν περιμέναμε ότι ο Spitzer, με έναν καθρέφτη όχι μεγαλύτερο από ένα Hula-Hoop, θα μπορούσε να δει γαλαξίες τόσο κοντά στην αυγή του χρόνου. Αλλά η φύση είναι γεμάτη εκπλήξεις », δήλωσε ο Michael Werner, επιστήμονας του έργου Spitzer στο εργαστήριο Jet Propulsion της NASA.

Μια γραφική αναπαράσταση της ιστορίας του Σύμπαντος. Πιστωτική εικόνα: SG Djorgovski et al./ Digital Media Center, Caltech

Για να φωτίσετε την ιστορία…

Μετά τον σχηματισμό της ύλης, η μόνη ηλεκτρομαγνητική (em) ακτινοβολία που μπορούσε να διαπεράσει το Σύμπαν ήταν ραδιοκύματα και ορατό φως, ενώ η ακτινοβολία em με μικρότερα μήκη κύματος - για παράδειγμα υπεριώδες φως - συλλήφθηκε από άτομα υδρογόνου. Στη διαδικασία, αυτά τα άτομα απογυμνώθηκαν από τα ηλεκτρόνια τους, δημιουργώντας ιόντα.

Τα αποδεικτικά στοιχεία αυτής της εποχής του ιονισμού επαναλαμβάνονται όταν οι αστρονόμοι κοιτάζουν πίσω στις πρώτες μέρες του Κόσμου, ενώ η πηγή της τεράστιας ποσότητας ενέργειας που απαιτείται για να τροφοδοτήσει αυτήν την αλλαγή σε ολόκληρο το Σύμπαν παραμένει άγνωστη. Τα αστέρια ή οι γαλαξίες μπορεί να ήταν υπεύθυνοι, αλλά η ενεργειακή απόδοση αυτών των σωμάτων θα απαιτούσε αυτά τα σώματα να είναι πολύ πιο ισχυρά από ό, τι είναι σήμερα. Μια θεωρία υποδηλώνει ότι τα κβάζαρ - γαλαξίες με απίστευτα ισχυρές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες - μπορεί να παρήγαγαν την ενέργεια που απαιτείται για τον ιονισμό του θέματος του Κόσμου.

«Η ιστορία μέχρι τώρα: Στην αρχή δημιουργήθηκε το Σύμπαν. Αυτό έχει κάνει πολλούς ανθρώπους πολύ θυμωμένους και θεωρείται ευρέως ως κακή κίνηση. "
- Douglas Adams, το εστιατόριο στο τέλος του σύμπαντος

Μπορώ να δω καθαρά τώρα

«Αυτά τα αποτελέσματα από τον Spitzer είναι σίγουρα ένα άλλο βήμα στην επίλυση του μυστηρίου του κοσμικού ιονικοποίησης. Γνωρίζουμε τώρα ότι οι φυσικές συνθήκες σε αυτούς τους πρώτους γαλαξίες ήταν πολύ διαφορετικές από ό, τι στους τυπικούς γαλαξίες σήμερα. Θα είναι δουλειά του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb να επεξεργαστεί τους λεπτομερείς λόγους για τους οποίους », δήλωσε ο Pascal Oesch του Πανεπιστημίου της Γενεύης.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο θα μπορούσε να απαντήσει σε πολλές από τις ερωτήσεις που παραμένουν της πρώτης εποχής της ύλης στο Σύμπαν, έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2021.