Изучение карликовых галактик затруднено из-за их малого размера и слабого свечения. Недавно астрофизики использовали космические телескопы «Джеймс Уэбб» и «Хаббл», а также гравитационные эффекты в скоплении Пандоры, чтобы установить, какую роль играли карликовые галактики после Большого взрыва.
Изначально Вселенная была окутана темнотой: атомы водорода уже существовали (и впоследствии стали основой для межзвездного газа), однако звезды и галактики еще не сформировались. Реликтовое излучение в основном поглощалось газом, не подвергшимся ионизации. Однако последующие два ключевых этапа – рекомбинация и реионизация, каждый из которых длился несколько сотен миллионов лет, привели к тому, что Вселенная приобрела облик, близкий к современному.
Примерно через 378 миллионов лет после Большого взрыва, в эпоху рекомбинации, свободные электроны и протоны начали соединяться, образуя первые нейтральные атомы водорода. Это привело к тому, что Вселенная стала прозрачной и начала быстро остывать. В дальнейшем, в эпоху реионизации (ранее предполагалось, что она наступила через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва), атомы водорода вновь стали ионизироваться, а гравитационное притяжение начало формировать из межзвездного газа звезды, галактики, квазары и другие крупные космические объекты.
В космологии ученые обсуждают происхождение реионизации. Недавно более тридцати исследователей объединили усилия для поиска ответов на этот вопрос и представили результаты своего исследования в Nature. По мнению астрофизиков, ключевую роль в процессе реионизации сыграли карликовые галактики. Прежде считалось, что причиной реионизации являются квазары, поскольку их интенсивное излучение способно ионизировать вещество.
В карликовых галактиках значительно меньше звезд, чем в Млечном Пути, и их светимость примерно в 100 раз ниже. Низкая яркость этих маломассивных галактик затрудняет проведение спектроскопических исследований. Недавно астрофизики провели анализ восьми карликовых галактик, расположенных в скоплении Пандоры, используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» и телескоп «Хаббл». Скопление галактик действовало как гравитационная линза, увеличивая интенсивность излучения от этих объектов.
Новые исследования показали, что тусклые карликовые галактики излучали ионизирующее излучение в четыре раза сильнее, чем предполагалось ранее, в течение миллиарда лет после Большого взрыва. Это означает, что для реионизации Вселенной достаточно ионизирующего излучения, исходящего от этих галактик. Ученые полагают, что незначительная доля фотонов (всего пять процентов) не взаимодействует с нейтральными атомами, что не препятствует процессу реионизации. Исследователи указывают, что красное смещение для этой эпохи составляет шесть (z = 6), что соответствует 0,929639 миллиарда лет после Большого взрыва).
Изучение красного смещения позволяет получить дополнительные сведения о времени реионизации. Например, в работе, опубликованной в Astronomical Journal в 2001 году, авторы утверждали, что Вселенная приближалась к окончанию реионизации при z = 6.
«Авторы исследования отмечают, что на данный момент доказано, что именно тусклые галактики были основным источником ультрафиолетового излучения в эпоху реионизации.
Определение механизма, посредством которого Вселенная стала прозрачной для излучения (то есть произошла ионизация водорода), имеет ключевое значение для понимания эволюции мироздания. В зависимости от того, какие объекты стали причиной этого процесса – квазары (активно излучающие области, окружающие массивные черные дыры) или карликовые галактики – дата завершения реионизации будет отличаться.