Napokon znamo što je donijelo svjetlo u mračnu i bezobličnu prazninu ranog Svemira.
Prema podacima sa svemirskih teleskopa Hubbles i James Webb, izvori slobodno letećih fotona u ranoj kosmičkoj zori bile su male patuljaste galaksije koje su planule u život, čisteći maglu od mutnog vodika koja je ispunjavala međugalaktički prostor.
"Ovo otkriva ključnu ulogu koju su imale ultra-slabe galaksije u ranoj evoluciji svemira", kaže astrofizičarka Iryna Chemerynska s Instituta d'Astrophysique de Paris.
"Oni proizvode ionizirajuće fotone koji pretvaraju neutralni vodik u ioniziranu plazmu tokom kosmičke reionizacije. To naglašava važnost razumijevanja galaksija male mase u oblikovanju historije svemira."
Na početku Svemira, nekoliko minuta nakon Velikog praska, svemir je bio ispunjen vrućom, gustom maglom ionizirane plazme. Ono malo svjetla što je bilo ne bi probilo ovu maglu; fotoni bi se jednostavno raspršili sa slobodnih elektrona koji lebde okolo, učinkovito čineći svemir tamnim.
Kako se svemir hladio, nakon otprilike 300.000 godina, protoni i elektroni počeli su se spajati i tvoriti neutralni plin vodik (i nešto malo helija). Većina valnih dužina svjetlosti mogla je prodrijeti kroz ovaj neutralni medij, ali bilo je vrlo malo izvora svjetlosti koji bi je proizveli. Ali iz ovog vodika i helija rođene su prve zvijezde.
Te prve zvijezde isporučivale su zračenje koje je bilo dovoljno jako da odvoji elektrone od svojih jezgri i reionizira plin. Do ove tačke, međutim, svemir se toliko proširio da je plin bio difuzan i nije mogao spriječiti svjetlost da isijava. Otprilike 1 milijardu godina nakon Velikog praska, kraja razdoblja poznatog kao kosmička zora, Svemir je u potpunosti reioniziran. Ta-da! Svjetla su bila upaljena.
Ali budući da ima toliko tame u kosmičkoj zori, i zato što je tako mutno i daleko kroz vrijeme i prostor, imali smo problema vidjeti što je tamo. Naučnici su smatrali da su izvori odgovorni za većinu čišćenja morali biti moćni – ogromne crne rupe čije gomilanje proizvodi blještavo svjetlo, na primjer, i velike galaksije u jeku stvaranja zvijezda (zvijezde bebe proizvode puno UV svjetla).
JWST je djelomično dizajniran da zaviri u kosmičku zoru i pokuša vidjeti što se u njoj skriva. Bio je vrlo uspješan, otkrivajući razna iznenađenja o ovom ključnom trenutku u formiranju našeg svemira. Iznenađujuće, promatranja teleskopa sada sugeriraju da su patuljaste galaksije ključni igrači u reionizaciji.
Međunarodni tim predvođen astrofizičarom Hakimom Atekom s Instituta d'Astrophysique de Paris okrenuo se JWST podacima o jatu galaksija nazvanom Abell 2744, potkrijepljenim podacima s Hubblea. Abell 2744 je toliko gust da se prostor-vrijeme savija oko njega, tvoreći kozmičku leću; svako udaljeno svjetlo koje putuje do nas kroz taj prostor-vrijeme postaje uvećano. To je istraživačima omogućilo da vide malene patuljaste galaksije blizu kozmičke zore.
Zatim su upotrijebili JWST kako bi dobili detaljne spektre tih sićušnih galaksija. Njihova analiza otkrila je da ne samo da su ove patuljaste galaksije najzastupljenija vrsta galaksija u ranom Svemiru, već su i daleko svjetlije nego što se očekivalo. Zapravo, istraživanje tima pokazuje da su patuljaste galaksije brojčano nadmašuju velike galaksije u omjeru 100 prema 1, a njihov zajednički učinak je četiri puta veći od ionizirajućeg zračenja koje se obično pretpostavlja za veće galaksije.
"Ove kosmičke elektrane zajedno emitiraju više nego dovoljno energije da obave posao", kaže Atek. "Unatoč svojoj sićušnoj veličini, ove galaksije male mase su plodni proizvođači energetskog zračenja, a njihovo je obilje tokom ovog razdoblja toliko značajno da njihov kolektivni utjecaj može transformirati cijelo stanje Svemira."
To je dosad najbolji dokaz za silu koja stoji iza reionizacije, ali ima još posla. Istraživači su pogledali jedan mali komadić neba; moraju biti sigurni da njihov uzorak nije samo anomalni klaster patuljastih galaksija, već da je reprezentativan uzorak cijele populacije u kozmičkoj zori.
Namjeravaju proučiti više područja neba s kozmičkim lećama kako bi dobili širi uzorak ranih galaktičkih populacija. Ali samo na ovom jednom uzorku, rezultati su nevjerovatno uzbudljivi. Naučnici tragaju za odgovorima o reionizaciji otkad znamo za nju. Na rubu smo da konačno rastjeramo maglu.
"Sada smo ušli u neistraženo područje s JWST-om", kaže astrofizičarka Themiya Nanayakkara sa Swinburne University of Technology u Australiji.
"Ovaj rad otvara uzbudljivija pitanja na koja moramo odgovoriti u našim nastojanjima da iscrtamo evolucijsku historiju naših početaka."
Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature.
