Niemal na początku czasu wszechświat był spowity w ciemności. Następnie wczesne galaktyki wytwarzały jasne, gorące gwiazdy, które przenikały świetlistym światłem międzygalaktyczną przestrzeń przez małe kanały, czyniąc wszechświat przezroczystym.
Taki jest wniosek z nowych, wspaniałych „lustrzanych” zdjęć odległej galaktyki znanej jako Łuk Sunburst. Kiedy wszechświat był tylko dzieckiem, składał się z gorących, ale szybko studzących się cząstek. Gdy wszechświat wystarczająco ostygł, protony i elektrony połączyły się, tworząc neutralny wodór, który zakrywał wszechświat w ciemności, co czyni go nie do zaobserwowania w spektrum elektromagnetycznym, zgodnie z Obserwatorium Haystacka MIT. W tym okresie, znanym jako epoka ciemności, każde emitowane promieniowanie zostało pochłonięte przez gazowy wodór.
Następnie, około miliarda lat po Wielkim Wybuchu, podczas „Epoki Reionizacji”, ogromny wstrząs energii zjonizował gaz, zrzucając elektrony z atomów wodoru i tworząc plazmę. Ta jonizacja nastąpiła dzięki energetycznemu promieniowaniu ultrafioletowemu, które „najprawdopodobniej pochodziło od bardzo młodych, bardzo jasnych, bardzo gorących, a także bardzo krótko żyjących gwiazd w pierwszych galaktykach” - powiedział główny autor Thøger Emil Rivera-Thorsen, doktor habilitowany na Uniwersytecie z Oslo w Norwegii. Ale nie jest jasne, jak dokładnie wydarzyło się to zdarzenie jonizacji.
Aby to zrozumieć, naukowcy zwrócili się do galaktyki zwanej „Łukiem Sunburst”, który znajduje się około 11 miliardów lat świetlnych stąd (choć trudno jest dokładnie wiedzieć, jak daleko jest w rozszerzającym się wszechświecie.) Łuk Sunburst nie jest całkiem powiedział, że jest wystarczająco stary, aby być jedną z wczesnych galaktyk, które rejonizowały wszechświat, ale jest wystarczająco duży, aby móc uczyć naukowców czegoś o tym procesie, powiedziała Rivera-Thorsen.
W poprzednim badaniu Rivera-Thorsen i jego zespół przyjrzeli się sygnałom świetlnym pochodzącym z Łuku Sunburst. Kilka wskazówek sugerowało, że światło jonizujące uciekało z tych wczesnych galaktyk przez kilka wąskich kanałów lub dziur w nieprzejrzystej osłonie pokrywającej galaktykę. „Ale nie możemy powiedzieć, że to znaleźliśmy, dopóki nie zaobserwowaliśmy tego bezpośrednio”, powiedział Rivera-Thorsen dla Live Science.
Naukowcy zaproponowali więc wykrycie tych dziur za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i „oto, zadziałało”, powiedział Rivera-Thorsen. Łuk Sunburst jest ustawiony w taki sposób, aby Hubble mógł go łatwo zobaczyć. Pośrednia gromada galaktyk działa jak kosmiczny mikroskop i wygina i powiększa światło z Łuku Sunburst - które w innym przypadku byłoby zbyt słabe, aby je zobaczyć - aby Hubble mógł je zarejestrować na serii zdjęć. Efekt ten, zwany „soczewkowaniem grawitacyjnym”, został przewidziany przez teorię ogólnej teorii względności Einsteina i jest szczególnie silny w tym przypadku, prowadząc do 12 zduplikowanych obrazów galaktyki.
Niektóre z tych zdjęć wykonano w niejonizującym widmie światła widzialnego, a inne w widmie światła jonizującego. W przypadku światła jonizującego „w zasadzie wszystko, co widzisz, to jeden mały punkt, a poza tym nic nie ma” - powiedział. „To, jak sądzę, było bardzo pięknym potwierdzeniem naszej hipotezy - że jest to jak jedna dziura w całkowicie nieprzezroczystej, pokrytej gazem galaktyce”.
Aby zobaczyć ten efekt, naukowcy musieli ustalić szereg czynników, dlatego „mieliśmy ogromne szczęście, że udało nam się to znaleźć” - powiedziała Rivera-Thorsen. Na przykład obrazy Hubble'a przechwytywały wszystkie „soczyste kawałki” galaktyki, w tym miejsca, w których uciekało światło jonizujące. Nie jest jasne, dlaczego i jak powstały te wąskie kanały.
Co więcej, w bardziej współczesnych galaktykach „tak naprawdę nie widzimy ucieczki tego promieniowania jonizującego, widzimy trochę tu i tam” - dodał. „Więc coś w fizycznych właściwościach tych galaktyk musiało się dość radykalnie zmienić od czasu około 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, kiedy wszechświat został zdemonizowany”. W przyszłych pracach Rivera-Thorsen i jego zespół chcą dowiedzieć się, jak zmieniły się galaktyki od czasów Wielkiego Wybuchu.
„Dowody na ucieczkę przed promieniowaniem jonizującym są przekonujące” - powiedział Jurij Izotow, astronom z Głównego Obserwatorium Astronomicznego na Ukrainie, który nie był częścią badania. Ich odkrycia są ważne dla zrozumienia, jak światło przecieka z galaktyk gwiazdotwórczych, a ich interpretacja, że światło przecieka przez dziury w galaktyce „wygląda rozsądnie”, powiedział Izotov Live Science.
Zgadza się z tym Brian Keating, profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, który nie był zaangażowany w pracę. „Źródła, które wygenerowały pierwsze fotony jonizujące we wszechświecie, od dawna owiane są tajemnicą”, powiedział Keating Live Science. „Ich praca daje obiecujący nowy wgląd w nieprzeniknione przedmioty, które uważane są za główne czynniki napędzające Epokę Reionizacji”.
Odkrycia zostały opublikowane 7 listopada w czasopiśmie Science.
