Почти в начале времени вселенная была окутана тьмой. Затем ранние галактики создавали яркие горячие звезды, которые пропускали блестящий свет межгалактического пространства через небольшие каналы, делая вселенную прозрачной.
К такому выводу пришли новые великолепные «зеркальные» снимки, сделанные на далекой галактике, известной как дуга солнечных лучей. Когда вселенная была всего лишь ребенком, она состояла из горячих, но быстро остывающих частиц. Как только Вселенная достаточно охладилась, протоны и электроны объединились, чтобы сформировать нейтральный водород, который покрыл вселенную в темноте, делая ее ненаблюдаемой в электромагнитном спектре, согласно Обсерватории Хейстека МТИ. В течение этого периода, известного как темные века, любое излучаемое излучение поглощалось газообразным водородом.
Затем, примерно через миллиард лет после Большого взрыва, во время «Эпохи реионизации», огромный заряд энергии ионизировал газ, сбивая электроны с атомов водорода и создавая плазму. Эта ионизация произошла благодаря энергичному ультрафиолетовому излучению, которое «скорее всего, исходило от очень молодых, очень ярких, очень горячих и также очень недолговечных звезд в первых галактиках», - сказал ведущий автор книги Тёгер Эмиль Ривера-Торсен, научный сотрудник Университета. Осло в Норвегии. Но неясно, как именно произошло это событие ионизации.
Чтобы понять это, исследователи обратились к галактике, называемой «Дуга солнечных лучей», которая находится на расстоянии около 11 миллиардов световых лет (хотя трудно точно знать, как далеко она находится в расширяющейся вселенной.) Дуга солнечных лучей не совсем Ривера-Торсен сказала, что достаточно взрослая, чтобы быть одной из первых галактик, которая реионизировала вселенную, но она достаточно стара, чтобы научить исследователей чему-то этому процессу.
В предыдущем исследовании Ривера-Торсен и его команда изучали световые сигналы, исходящие от дуги Солнечных лучей. В нескольких намеках предполагалось, что ионизирующий свет выходил из этих ранних галактик через несколько узких каналов или отверстий в непрозрачной оболочке, покрывающей галактику. «Но мы не можем сказать, что нашли это, пока не увидим это непосредственно», - сказал Ривера-Торсен в интервью Live Science.
Поэтому исследователи предложили обнаружить эти дыры с помощью космического телескопа Хаббла и «о чудо, это сработало», сказал Ривера-Торсен. Арка Санберст расположена таким образом, чтобы Хаббл мог легко видеть. Промежуточное скопление галактик действует как космический микроскоп и изгибает и увеличивает свет от дуги солнечных лучей - который в противном случае был бы слишком слабым, чтобы его можно было увидеть - так что Хаббл мог бы уловить его в серии изображений. Этот эффект, называемый «гравитационным линзированием», был предсказан теорией общей теории относительности Эйнштейна, и в этом случае он особенно силен, что приводит к 12 повторяющимся изображениям галактики.
Некоторые из этих изображений были сделаны в спектре неионизирующего видимого света, а другие - в спектре ионизирующего света. Что касается ионизирующего света, «в основном все, что вы можете видеть, это одна маленькая точка, а в остальном ничего нет», сказал он. «Это, я думаю, было очень красивым подтверждением нашей гипотезы - что это похоже на одну дыру в совершенно непрозрачной, покрытой газом галактике».
Исследователи должны были выстроить несколько факторов, чтобы увидеть этот эффект, и поэтому «нам невероятно повезло найти это», - сказал Ривера-Торсен. Например, на снимках Хаббла были запечатлены все «сочные кусочки» галактики, в том числе места, где выходил ионизирующий свет. Непонятно, почему или как эти узкие каналы сформировались в первую очередь.
Более того, в более современных галактиках «мы не видим, чтобы большая часть этой ионизирующей радиации выходила, мы видим немного здесь и там», добавил он. «Значит, что-то в физических свойствах этих галактик, должно быть, сильно изменилось за время примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва, когда Вселенная была реионизирована». В будущей работе Ривера-Торсен и его команда хотят выяснить, как галактики изменились со времен Большого взрыва.
«Доказательства выхода ионизирующего излучения убедительны», - сказал Юрий Изотов, астроном из Главной астрономической обсерватории в Украине, который не принимал участия в исследовании. Их выводы важны для понимания того, как свет просачивается из звездообразующих галактик, и для их интерпретации того, что свет просачивается через дыры в галактике, «выглядит разумно», сказал Изотов в интервью журналу Live Science.
Брайан Китинг, профессор физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего, который не принимал участия в работе, соглашается. «Источники, которые породили первые ионизирующие фотоны Вселенной, уже давно окутаны тайной», - сказал Китинг в интервью Live Science. «Их работа дает многообещающие новые представления о непостижимых объектах, которые считаются основными движущими силами эпохи реионизации».
Полученные результаты были опубликованы 7 ноября в журнале Science.
