Теории о том, как Вселенная рассеяла космический туман, поставлены под сомнение

Фото из открытых источников

После Большого взрыва водород и гелий существовали в ионизированном состоянии. Это означает, что электроны, которые обычно прочно прикрепляются к атомным ядрам, не оставались бы на месте, а свободно перемещались бы, делая Вселенную непрозрачной для света.

Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва Вселенная расширилась и остыла достаточно, чтобы эти электроны смогли объединиться с атомными ядрами, образовав нейтральные атомы водорода и гелия. Свет получил свободу движения, и Вселенная стала прозрачной... ну, до определённой степени.

Нейтральный водород всё ещё поглощает часть света, особенно ультрафиолетового, поэтому, когда первые звёзды образовались из этих водородных облаков примерно через 100 миллионов лет, они были словно окутаны туманом. Всё было окутано дымкой.

Однако сегодня туман рассеялся, и ультрафиолетовый свет легко распространяется в межгалактическом пространстве, так в чем же дело? Как ни парадоксально, ответ кроется в том, что водород снова ионизируется. 

Поскольку Вселенная больше не так плотно упакована, это не создает прежней проблемы непрозрачности, а вместо этого позволяет звездному свету распространяться на большие расстояния, создавая нынешнее состояние Вселенной, в котором большая часть водорода существует в ионизированной форме, и мы можем отчетливо видеть свет от далеких галактик.

Ранее астрономы считали, что сверхновые играют ключевую роль в реионизации водорода, поскольку они создают мощные ветры, которые рассеивают газ, облегчая ионизирующее излучение — включая некоторые формы ультрафиолетового света — для воздействия на водород и выбивания электронов. Однако новые исследования ставят под сомнение эту идею. Статья с описанием результатов исследования была опубликована в журнале Nature Astronomy.

«По сути, механизм утечки ионизирующего излучения из этих галактик оказался не таким, как мы предполагали», — заявил ведущий автор исследования Коди Карр из Мичиганского университета. «Наши наблюдения показывают, что эти фотоны улетучиваются до того, как образуются галактические ветры». 

Более того, наличие этих ветров, по-видимому, подавляет способность ионизирующего света выходить наружу. 

«По-видимому, поступление энергии от сверхновых взбаламутило окружающую среду и увеличило, а не уменьшило, площадь, покрытую нейтральным газом и пылью, которые подавляют утечку ионизирующего излучения», — добавил соавтор исследования Стефан МакКэндлисс, директор Центра астрофизических наук в Университете Джонса Хопкинса.

Полученные данные означают, что некоторые альтернативные сценарии реионизации Вселенной должны быть пересмотрены. Одна из идей заключается в том, что молодые звезды, которые производят огромное количество ионизирующего излучения и собственные мощные звездные ветры, могут играть более значительную роль.

«Мы точно не знаем, какие объекты вызвали реионизацию и как она развивалась», — продолжил Карр. «Мы знаем, что она имела место, но у нас нет полных ответов на эти вопросы».

После отправки своей работы на публикацию команда работала над тем, чтобы получить больше времени на телескопе Хаббл для расширения этих выводов и более глубокого понимания того, что могло происходить.

«Сверхновые играют центральную роль в космологических гидродинамических моделях, объясняющих, как ионизирующее излучение выходит из галактик», — сказал соавтор исследования профессор Ренюэ Цен, директор Центра космологии и вычислительной астрофизики Чжэцзянского университета. «Наши результаты подчеркивают необходимость изучения того, как излучение и звездные ветры молодых звезд формируют окружающий газ до первого взрыва сверхновой».