Znanstvenici konačno saznali tko je 'upalio svjetlo' u svemiru

Dugo je bila jedna od najvećih kozmičkih zagonetki: kako je svemir prešao iz mračnog, maglovitog stanja u sjajno, prozirno prostranstvo ispunjeno zvijezdama kakvo poznajemo danas? Zahvaljujući revolucionarnim podacima sa teleskopa James Webb i Hubble, znanstvenici vjeruju da su konačno pronašli odgovor. Čini se da su glavni pokretači ove transformacije bili najmanji, ali najbrojniji kozmički entiteti – patuljaste galaksije, piše Science Alert.

KOZMIČKI MISTERIJ Ovo je RAD J131346.9+500320: Vidimo ga u vremenu kad je svemir bio na polovici starosti

Doba tame i kozmička reionizacija

Da bismo razumjeli važnost ovog otkrića, moramo se vratiti u najranije doba svemira. U prvih nekoliko stotina tisuća godina nakon Velikog praska, svemir je bio vruća, gusta juha ionizirane plazme. Bilo kakva svjetlost bila je zarobljena u toj "magli", jer su se fotoni neprestano raspršivali na slobodnim elektronima. To razdoblje nazivamo kozmičkim mračnim dobom.

Kako se svemir širio i hladio, otprilike 300.000 godina nakon Velikog praska, protoni i elektroni su se spojili i formirali neutralne atome vodika. Svemir je postao proziran za većinu valnih duljina svjetlosti, ali problem je bio što gotovo nije bilo izvora svjetlosti. Iz tog neutralnog vodika i helija rođene su prve zvijezde i galaksije, čime je započela era poznata kao "kozmička zora".

Zračenje tih prvih zvijezda bilo je dovoljno snažno da ponovno "ogoli" elektrone s atoma vodika, proces koji nazivamo reionizacija. Do otprilike milijardu godina nakon Velikog praska, cijeli svemir bio je ponovno ioniziran i potpuno proziran, čime su se "upalila svjetla". No, tko ili što je točno proizvelo dovoljno energije za tako masivan zadatak, ostalo je misterij.

NEVJEROJATNO Znanstvenici su otkrili potpuno novi način mjerenja vremena! Svemir možda ni nema vrijeme

Neočekivani heroji ranog svemira

Znanstvena zajednica dugo je pretpostavljala da su za reionizaciju odgovorni moćni izvori, poput ogromnih crnih rupa ili velikih galaksija u kojima se masovno rađaju zvijezde. Međutim, najnovija promatranja teleskopa James Webb (JWST) ukazuju na potpuno drugačiji scenarij. Međunarodni tim, predvođen astrofizičarom Hakimom Atekom s pariškog Instituta za astrofiziku, usmjerio je JWST prema skupu galaksija Abell 2744. Ovaj skup je toliko masivan da njegova gravitacija savija prostor-vrijeme oko sebe, djelujući kao "kozmička leća" koja pojačava svjetlost udaljenih objekata iza sebe. To im je omogućilo da vide iznimno slabe i daleke patuljaste galaksije iz doba kozmičke zore.

Analiza njihovog spektra otkrila je dva ključna podatka. Prvo, te su patuljaste galaksije bile najbrojniji tip galaksija u ranom svemiru, nadmašujući veće galaksije u omjeru 100 prema 1. Drugo, bile su daleko sjajnije nego što se očekivalo.

"Ove kozmičke elektrane zajedno emitiraju više nego dovoljno energije da obave posao", izjavio je Atek. Istraživanje je pokazalo da je njihov kolektivni učinak proizveo četiri puta više ionizirajućeg zračenja nego što se inače pretpostavljalo za veće galaksije. "Unatoč svojoj sićušnoj veličini, ove galaksije niske mase plodni su proizvođači energetskog zračenja, a njihova brojnost tijekom ovog razdoblja toliko je značajna da njihov kolektivni utjecaj može transformirati cjelokupno stanje svemira", dodao je.

STOLJETNI MISTERIJ Riješen stoljetni misterij jezivih lebdećih svjetala iznad groblja

Potvrda kroz simulacije i buduća istraživanja

Ova otkrića potkrijepljena su i naprednim računalnim simulacijama, poput onih iz projekta FIRE. One su pokazale da su rane galaksije niske mase vjerojatno doživljavale "provalne" epizode formiranja zvijezda. Umjesto stalnog, mirnog stvaranja zvijezda, one bi u kratkim, intenzivnim naletima stvorile ogroman broj zvijezda, što bi objasnilo njihovu iznenađujuću svjetlinu. Nakon takvog praska, eksplozije supernova izbacile bi plin iz galaksije, privremeno zaustavljajući formiranje zvijezda, prije nego što bi se plin vratio i započeo novi ciklus. Iako su podaci s JWST-a dosad najsnažniji dokaz o ulozi patuljastih galaksija, istraživanje se nastavlja. Znanstvenici moraju potvrditi da promatrani uzorak nije samo anomalija, već reprezentativan prikaz cijelog ranog svemira. U tu svrhu planiraju proučavati i druga područja neba s gravitacijskim lećama.

OGROMNO OTKRIĆE Na Saturnovom mjesecu našli 5 od 6 ključnih elemenata za život

Istovremeno, drugi projekti, poput radio teleskopa Square Kilometre Array, pokušavaju detektirati suptilni "signal od 21 centimetra" koji emitira neutralni vodik. Proučavanjem kako su prve zvijezde utjecale na ovaj signal, astronomi se nadaju dobiti dodatne informacije o masama i distribuciji prvih zvijezda. Otkriće da su najmanje galaksije bile ključne za osvjetljavanje svemira predstavlja ogroman korak naprijed u našem razumijevanju kozmičke evolucije.

Kako je rekao astrofizičar Themiya Nanayakkara, "Sada smo s JWST-om ušli na neistraženi teritorij." Magla kozmičke zore napokon se razilazi, otkrivajući priču o našim najranijim počecima.