Trpasličí galaxie v reionizovaném vesmíru teleskopem Webb

Výzkum evoluce raného vesmíru je důležitým aspektem moderní astronomie. Zbývá ještě mnoho pochopit o době v rané historii vesmíru známé jako éra reionizace. Bylo to období temnoty, období bez hvězd nebo galaxií, plné husté mlhy plynného vodíku, dokud první hvězdy nezionizovaly plyn kolem nich a světlo začalo cestovat prostorem. Astronomové strávili desetiletí snahou identifikovat zdroje, které emitovaly záření dostatečně silné na to, aby postupně odstranilo tuto vodíkovou mlhu, která zakrývala raný vesmír.

Teorie předpovídá, že první hvězdy byly 30 až 300krát hmotnější a x-miliónkrát jasnější než je naše Slunce. Takovéto hvězdy svítily jen několik milionů let do doby, než explodovaly jako supernovy. Silné ultrafialové světlo z těchto prvních hvězd bylo schopno štěpit atomy vodíku zpět na elektrony a protony. Tato éra, od konce temných věků do doby, kdy byl vesmír starý přibližně miliardu let, je známá jako epocha reionizace. Během této epochy vývoje vesmíru byla většina neutrálního vodíku reionizována rostoucí radiací z prvních ultrasvítivých hvězd.

Program Ultradeep NIRSpec a NIRCam Observations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) sestává ze zobrazování a spektroskopických pozorování čočkové kupy Abell 2744. Mezinárodní tým astronomů použil gravitační čočky u tohoto cíle, známého také jako Pandora's Cluster, abychom prozkoumali zdroje období reionizace vesmíru. Gravitační čočka zvětšuje a zkresluje vzhled za ní ležících galaxií, takže vypadají velmi odlišně od těch v popředí. Tento efekt umožnil týmu studovat velmi vzdálené zdroje světla za Abell 2744 a odhalit osm extrémně slabých galaxií, které by jinak byly nedetekovatelné ani pro Webba.

Tým zjistil, že tyto slabé galaxie jsou obrovskými producenty ionizujícího záření na úrovních, které jsou čtyřikrát větší, než se dříve předpokládalo. To znamená, že většina fotonů, které reionizovaly vesmír, pravděpodobně pocházela z těchto trpasličích galaxií. Je tak nezbytné porozumět vlivu galaxií s nízkou hmotností při utváření historie vesmíru. Navzdory své malé velikosti jsou trpasličí galaxie s nízkou hmotností vydatnými producenty energetického záření a jejich hojnost během tohoto období je taková, že jejich společný vliv může změnit stav celého vesmíru.

K tomuto závěru tým nejprve zkombinoval ultra hluboká Webbova zobrazovací data s doplňkovým snímkováním Abell 2744 z Hubbleova vesmírného dalekohledu, aby vybral extrémně slabé kandidáty na galaxie v epoše reionizace. Poté následovala spektroskopie s Webbovým Near-InfraRed Spectrograph (NIRSpec). Zařízení Multi-Shutter Assembly bylo použito k získání multiobjektové spektroskopie těchto slabých galaxií. Je to poprvé, co vědci důkladně změřili hustotu výskytu těchto slabých galaxií a úspěšně potvrdili, že jsou nejhojnější populací v epoěe reionizace. Je to také poprvé, kdy byla změřena ionizační síla těchto galaxií, které jsou asi 100krát méně svítivé než naše Mléčná dráha, což astronomům umožnilo určit, že produkují dostatečné energetické záření k ionizaci raného vesmíru.

V nadcházejícím Webbově pozorovacím programu nazvaném GLIMPSE vědci získají nejhlubší pozorování, která kdy na obloze byla provedena. Zaměřením na další kupu galaxií, pojmenovanou Abell S1063, budou identifikovány ještě slabší galaxie během epochy reionizace, aby se ověřilo, zda je tato populace reprezentativní pro distribuci galaxií ve velkém měřítku.

Protože jsou tyto nové výsledky založeny na pozorováních získaných v jednom poli, tým poznamenává, že ionizační vlastnosti slabých galaxií se mohou jevit odlišně, pokud se nacházejí v příliš hustých oblastech. Další pozorování v nezávislé oblasti proto poskytnou další poznatky, které pomohou tyto závěry ověřit. Pozorování GLIMPSE také pomohou astronomům prozkoumat období známé jako Cosmic Dawn, kdy byl vesmír starý jen několik milionů let, aby rozvinuli naše chápání vzniku prvních galaxií.

• Zdroj: Webb finds dwarf galaxies reionised the Universe