|
Данные наблюдений противоречат моделям реионизации
|
|
|
|
Реионизация - это критический период, когда первые звезды и галактики изменили физическую структуру своего окружения и, в конечном счете, всю Вселенную. Устоявшиеся теории утверждают, что эта эпоха закончилась примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Однако, если рассчитать этот рубеж, используя наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), реионизация закончилась бы по меньшей мере на 350 миллионов лет раньше, чем ожидалось. Это согласно новой статье, опубликованной в ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества: Письма.
|
|
|
|
За свою историю Вселенная претерпела несколько серьезных изменений. В течение первых 380 000 лет после Большого взрыва она представляла собой горячую, плотную плазму, состоящую из протонов и электронов. В конце концов, все остыло настолько, что протоны и электроны смогли объединиться и образовать нейтральные атомы водорода. Затем, примерно через 100 миллионов лет после Большого взрыва, начали формироваться первые звезды и галактики, положив начало эпохе реионизации.
|
|
|
|
Те первые звезды были огромными и горячими — некоторые предсказывали, что они в 30-300 раз массивнее нашего Солнца, — и они излучали много энергии в виде экстремального ультрафиолетового излучения. Эта энергия была настолько мощной, что при столкновении с ближайшими атомами водорода они расщеплялись на протоны и электроны в процессе, называемом ионизацией. Через сотни миллионов лет, когда почти весь водород во Вселенной стал ионизированным, эпоха реионизации закончилась.
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая, что примерно 75% всего вещества состоит из водорода, это представляет собой огромную трансформацию. "Это последнее крупное изменение, которое произошло", - объяснил Джулиан Муньос, доцент астрономии в Техасском университете в Остине и ведущий автор статьи. "Вы перешли от нейтрального, холодного и скучного состояния к ионизированному и горячему. И это произошло не только с одной или двумя галактиками. Это произошло со всей Вселенной".
|
|
|
|
"В результате этого процесса газ во Вселенной нагревался и ионизировался, что определяло скорость роста и эволюции галактик", - добавил Джон Чисхолм, доцент астрономии Калифорнийского университета в Остине и соавтор статьи. "Эти ранние звезды определили общую структуру галактик во Вселенной".
|
|
|
|
Поскольку астрономы не могут наблюдать процесс реионизации непосредственно, они должны использовать модели, чтобы предсказать, когда он закончился. Эти модели основаны на косвенных данных, включая измерения того, сколько света дошло до нас от остаточного излучения Большого взрыва, называемого космическим микроволновым фоном.
|
|
|
|
Другим доказательством является раннее увеличение длины волны, связанное с изменением энергии водорода, называемое альфа-лесом Лаймана. Оба эти показателя помогают астрономам рассчитать, сколько водорода преобразовалось во время реионизации, и, следовательно, сколько энергии для этого потребовалось.
|
|
|
|
"Это бухгалтерская игра", - сказал Муньос. "Мы знаем, что до реионизации весь водород был нейтральным. Отсюда следует, что для расщепления каждого атома требуется достаточное количество ультрафиолетового излучения. Итак, в конце концов, вы можете подсчитать, когда закончилась реионизация".
|
|
|
|
Космический телескоп Джеймса Уэбба бросает вызов устоявшимся моделям. С его помощью астрономы могут заглянуть в космос дальше, чем когда-либо прежде, погрузившись в эту критическую эпоху. Это привело ко многим неожиданным наблюдениям в ранней Вселенной, одним из которых является большее, чем ожидалось, количество галактик, излучающих экстремальный ультрафиолетовый свет. "JWST показал, что ярких галактик достаточно, чтобы ионизировать Вселенную самостоятельно", - сказал Чисхолм. "Это противоречит тому, что ожидали многие люди".
|
|
|
|
Итак, с учетом этих новых наблюдений учет теперь прекращен. "Если бы вы слепо доверяли Джеймсу Уэббу, он сказал бы вам, что реионизация закончилась через 550-650 миллионов лет после Большого взрыва, вместо нынешних оценок в 1 миллиард лет", - объяснил Муньос. "Если бы это было правдой, космический микроволновый фон выглядел бы по-другому, и лес Лайман-альфа выглядел бы по-другому. Таким образом, существует напряженность".
|
|
|
|
Другими словами, маловероятно, что реионизация произошла на сотни миллионов лет раньше, чем прогнозировалось. Итак, что же происходит? Одним из объяснений может быть то, что в существующих моделях отсутствует некоторая ключевая информация. Например, иногда ионизированные протоны и электроны объединяются, чтобы вновь образовать нейтральные атомы водорода. Этот процесс называется рекомбинацией. Если бы это происходило чаще, чем предполагают современные модели, это могло бы увеличить количество ультрафиолетового излучения, необходимого для ионизации всей Вселенной.
|
|
|
|
"Нам нужны более подробные и глубокие наблюдения за галактиками и лучшее понимание процесса рекомбинации", - сказал Муньос. "Устранение противоречий, связанных с реионизацией, является ключевым шагом к окончательному пониманию этого ключевого периода. Я с нетерпением жду того, что ждет нас в ближайшие годы".
|
|
|
|
Источник
|
