Téměř na začátku času byl vesmír zahalen temnotou. Časné galaxie pak vytvořily jasné, horké hvězdy, které unikaly brilantním světelným mezigalaktickým prostorem skrz malé kanály, čímž se vesmír stal průhledným.
To je závěr z nádherných nových „zrcadlových“ snímků pořízených ze vzdálené galaxie známé jako Sunburst Arc. Když byl vesmír jen dítě, byl tvořen horkými, ale rychle se ochladzujícími částicemi. Jakmile se vesmír dostatečně ochladil, protony a elektrony se spojily a vytvořily neutrální vodík, který zakryl vesmír ve tmě, což podle MIT Haystack Observatory znemožnilo jeho pozorování v elektromagnetickém spektru. Během této doby, známé jako temné věky, bylo veškeré vyzařované záření absorbováno vodíkovým plynem.
Asi za miliardu let po Velkém třesku, během „epochy reionizace“, plyn ionizoval masivní náraz energie, srazil elektrony z atomů vodíku a vytvořil plazmu. K této ionizaci došlo díky energetickému ultrafialovému světlu, které „s největší pravděpodobností pocházelo z velmi mladých, velmi jasných, velmi horkých a také velmi krátce žijících hvězd v prvních galaxiích,“ řekl vedoucí autor Thøger Emil Rivera-Thorsen, postdoktorand na univerzitě z Osla v Norsku. Není však jasné, jak přesně se tato ionizační událost stala.
Abychom to zjistili, vědci se obrátili na galaxii zvanou „Sunburst Arc“, která leží asi 11 miliard světelných let (i když je těžké přesně vědět, jak daleko je v rozšiřujícím se vesmíru.) Sunburst Arc není tak docela dost starý na to, aby byl jednou z raných galaxií, které reionizovaly vesmír, ale je dost starý na to, aby dokázal vědcům něco naučit o tomto procesu, řekla Rivera-Thorsen.
V předchozí studii se Rivera-Thorsen a jeho tým dívali na světelné signály přicházející z Sunburst Arc. Několik náznaků naznačovalo, že ionizující světlo uniklo z těchto raných galaxií několika úzkými kanály nebo otvory v jinak neprůhledném krytu zakrývajícím galaxii. „Ale nemůžeme říci, že jsme to našli, dokud jsme to přímo nepozorovali,“ řekla Rivera-Thorsen Live Science.
Vědci tedy navrhli odhalit tyto díry pomocí Hubbleova kosmického dalekohledu a „hle, aj, fungovalo to,“ řekla Rivera-Thorsen. Oblouk Sunburst je umístěn tak, aby Hubblovi snadno viděl. Intervenční shluk galaxií funguje jako kosmický mikroskop a ohýbá a zvětšuje světlo z Sunburst Arc - což by jinak bylo příliš slabé na to, aby bylo vidět - aby ho Hubble mohl zachytit v řadě obrazů. Tento efekt, nazývaný „gravitační čočka“, byl předpovězen Einsteinovou teorií obecné relativity a je v tomto případě obzvláště silný, což vedlo k 12 duplikovaným obrazům galaxie.
Některé z těchto snímků byly pořízeny v neionizujícím spektru viditelného světla a jiné byly pořízeny v spektru ionizujícího světla. Pro ionizující světlo je „v podstatě vše, co vidíte, jeden malý bod a jinak nic,“ řekl. „Myslím, že to bylo velmi krásné potvrzení naší hypotézy - že je to jako jedna díra v jinak zcela neprůhledné galaxii pokryté plynem.“
Aby vědci viděli tento efekt, museli se seřadit několik faktorů, a tak „jsme měli neuvěřitelně štěstí, když jsme našli tuto věc,“ řekla Rivera-Thorsen. Například Hubbleovy snímky zachytily všechny „šťavnaté kousky“ galaxie, včetně míst, kde ionizující světlo uniklo. Není jasné, proč a jak se tyto úzké kanály vytvořily na prvním místě.
A co víc, v modernějších galaxiích „opravdu nevidíme únik tohoto ionizujícího záření, vidíme trochu sem a tam,“ dodal. "Takže něco o fyzikálních vlastnostech těchto galaxií se muselo docela dramaticky změnit mezi časem asi 1 miliardou let po Velkém třesku, když byl vesmír reionizován." V budoucí práci chtějí Rivera-Thorsen a jeho tým přijít na to, jak se galaxie změnily od doby Velkého třesku.
"Důkazy o úniku ionizujícího záření jsou přesvědčivé," uvedl Jurij Izotov, astronom z Hlavní astronomické observatoře na Ukrajině, který nebyl součástí studie. Jejich zjištění jsou důležitá pro pochopení toho, jak světlo prosakuje z hvězdotvorných galaxií, a pro jejich interpretaci, že světlo prosakuje skrz díry v galaxii „vypadá rozumně,“ řekl Izotov Live Science.
Brian Keating, profesor fyziky na Kalifornské univerzitě v San Diegu, který se práce nezúčastnil, souhlasí. "Zdroje, které generovaly první ionizující fotony ve vesmíru, byly dlouho zahaleny tajemstvím," řekl Keating Live Science. "Jejich práce přináší slibné nové vhledy do nevyvratitelných objektů, které jsou považovány za primární hnací síly epochy reionizace."
Výsledky byly publikovány 7. listopadu v časopise Science.
