Согласно данным космических телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», источником свободно летящих фотонов на заре раннего космоса стали небольшие карликовые галактики, которые вспыхнули и ожили, рассеяв «туман» мутного водорода, заполнявшего межгалактическое пространство.
«Это открытие раскрывает важнейшую роль, которую сыграли сверхмалые галактики в ранней эволюции Вселенной», — говорит астрофизик Ирина Чемеринская из Парижского института астрофизики.
«Они производят ионизирующие фотоны, которые превращали нейтральный водород в ионизированную плазму во время космической реионизации. Поэтому так важно разобраться в роли маломассивных галактик в истории Вселенной».
В начале существования Вселенной, в течение нескольких минут после Большого взрыва, пространство было заполнено горячим, плотным «туманом» ионизированной плазмы. Немногие появившиеся там фотоны не проникали сквозь этот туман, а просто рассеивались на свободных электронах. Вселенная была тёмной.
По мере остывания Вселенной, примерно через 300 000 лет, протоны и электроны начали собираться вместе, образуя нейтральный газ водород (и иногда гелий). Свет большинства длин волн мог проникать сквозь эту нейтральную среду, но источников света тогда ещё не было. Но из этого водорода и гелия родились первые звёзды.
Эти первые звёзды испускали излучение, достаточно сильное, чтобы оторвать электроны от ядер и реионизировать газ. Однако к этому моменту Вселенная расширилась настолько, что газ стал диффузным и не мог препятствовать излучению света.
Примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва, в конце периода, известного как космический рассвет, Вселенная была полностью реионизована. И свет зажёгся. Но поскольку в начале космического рассвета было так много «тумана», а свет был такой тусклый и далёкий во времени и пространстве, нам было трудно разглядеть, что там находится.
Учёные полагали, что источники, ответственные за большую часть освещения, должны быть мощными — например, огромные чёрные дыры, поглощающие аккреционные диски материи и выбрасывающие яркие джеты с полюсов. Или крупные галактики, находящиеся в процессе звёздообразования (молодые звёзды производят много ультрафиолетового света).
Международная команда под руководством астрофизика Хакима Атека из Парижского института астрофизики обратилась к данным «Уэбба» о скоплении галактик под названием Abell 2744, подкреплённым данными с «Хаббла».
Скопление Abell 2744 настолько плотное, что пространство-время искривляется вокруг него, образуя космическую линзу; изображение любого далёкого источника света благодаря ей увеличивается. Это позволило исследователям увидеть крошечные карликовые галактики, родившиеся в начале космической зари.
Затем они использовали «Уэбб» для получения подробных спектров этих крошечных галактик. Анализ показал, что эти карликовые галактики не только являются самым многочисленным типом галактик в ранней Вселенной, но и гораздо ярче, чем ожидалось.
В действительности, исследование команды показывает, что карликовые галактики превосходят крупные галактики в соотношении 100 к 1, а их коллективное излучение в четыре раза превышает ионизирующее излучение, которое обычно предполагается для крупных галактик.
«Эти космические электростанции в совокупности излучают более чем достаточно энергии для выполнения задачи [по освещению]», — говорит Атек.
«Несмотря на свои крошечные размеры, эти маломассивные галактики являются производителями энергичного излучения, и их изобилие в этот период настолько значительно, что их коллективное влияние может полностью изменить состояние Вселенной».
