Képzeljük el, hogy egy barlangász fejlámpájának ragyogó fénye mellett vizsgál egy sziklaüreget a föld alatt, míg mi róla mit sem sejtve ülünk, mindössze néhány száz méterrel a barlangász feje fölött, egy virágos réten. Nyilván nem láthatjuk őt, hiszen vastag, a fény számára áthatolhatatlan sziklaréteg választ el tőle bennünket. Nos, ehhez hasonló volt a helyzet a korai világegyetemben, az első csillagok kialakulásának idején. Csak persze a szikla helyett sűrű, semleges hidrogén- és héliumgáz árnyékolta le a példabeli fejlámpa által megtestesített ősi csillagok és galaxisok fényét.

Az univerzum első egymilliárd éve során ez az átlátszatlan gáz lassan teljesen átlátszóvá, a látható fény számára átjárhatóvá vált. A csillagászok régóta kutatják, hogy miként ment végbe ez a változás. A James Webb-űrtávcső (JWST) ennek a kérdésnek a megválaszolásában tett jelentős előrelépést, amikor földi távcsövek támogatásával a világegyetem mindössze 900 millió éves korában már létezett galaxisokat fedezett fel és vizsgált meg részletesebben. Az ezeket a korai galaxisokat alkotó csillagok fénysugárzása felhevítette és ionizálta a galaxisok belsejében és közöttük található gázt, egyre nagyobb átlátszó ionizált buborékokat fújva maguk körül.

Végül ezek az ionizált buborékok összeértek és egybeolvadtak, így vált a világegyetem átlátszóvá, ahogyan ma is ismerjük. Ha itt az olvasó felkapja a fejét, mondván hogy „de hiszen a világegyetem félmillió éves korában egyszer már átlátszóvá vált, mégpedig éppen ellenkező módon, az eredetileg ionizált állapotú gáz rekombinációja révén!”, nos, akkor teljesen igaza van. Ez már a második jelentős fázisátmenet volt a világegyetemben, és az itt rendelkezésre álló helyen ki nem fejthető, bonyolult fizikai okok miatt mindkét átmenet eredménye átlátszóbb világegyetem lett. A lényeg az, hogy a két esemény között alapvető különbség volt az univerzumot kitöltő gáz sűrűségében, hőmérsékletében és eloszlásának homogenitásában.

Fantáziarajz a reionizáció menetéről. A legkorábbi galaxisok, illetve a bennük lévő csillagok fénysugárzása mind nagyobb térfogatban ionizálja maguk körül a semleges gázanyagot, így egyre nagyobb átlátszó buborékok növekszenek, amelyek végül összeérnek, és az egész világegyetem átlátszóvá válik. Ezzel lezárult a világegyetem első egymilliárd évét felölelő reionizációs korszak. Forrás: NASA.

Az első egymilliárd év a reionizáció korszaka volt az univerzumban, ami alatt világunk alapvető változásokon ment keresztül. Az ősrobbanást követően, de még a rekombináció után is rendkívül sűrű és forró gáz töltötte ki a világűrt. Az ezt követő évszázmilliók során az anyag tágult, hűlt és ritkult. Ám egyszer csak újra forróvá és ionizálttá vált a gázközeg – minden jel szerint a korai csillagok és galaxisok hatására –, és további évszázmilliók alatt ismét átlátszóvá vált.

Ám ennek a folyamatnak a részletei mindeddig rejtve maradtak a csillagászok előtt. Most azonban a JWST új adatai fellebbentették a fátylat a titokról. Azon túl, hogy egyértelműen sikerült kimutatni ezeket az ionizált buborékokat a korai galaxisok körül, még a buborékok méretét is meg tudták mérni a kutatók. Lényegében folyamatában sikerült megfigyelni a reionizációt. Hatalmas forró buborékokat kell itt elképzelni; mintha a galaxis egy borsószem volna csupán egy hőlégballon közepén.

A J0100-2802 jelű kvazár (a kép közepén ragyogó narancsszínű, pontszeű forrás) a JWST NIRCam kamerájának felvételén. Forrás: NASA.

A csillagászok egy nagyon távoli kvazár fényében vizsgálták földi távcsövekkel a különböző távolságra lévő semleges gázfelhők fényelnyelését, spektroszkópiai úton. Ugyanakkor a James Webb segítségével beazonosították a fényút közelében azokat a távoli galaxisokat, amelyek buborékain a vizsgált fénysugár árhaladt. Így a kvazár színképének egyes vonásait sikerült konkrét ősi galaxisokhoz rendelni, és megállapítani azoknak az intergalaktikus gázközegre gyakorolt hatását. Így tudták a szakemberek meghatározni azt is, hogy ezeknek az átlátszó buborékoknak nagyjából 2 millió fényév a sugaruk. Ez a mi Tejútrendszerünk és a szomszédos Androméda-galaxis közötti távolságnak felel meg. A megfigyelések azt is egyértelműen bizonyítják, hogy valóban a galaxisok, illetve azok csillagai felelősek a reionizációért.

Ezek a távoli, korai galaxisok nagyon másmilyenek voltak, mint a miénk, illetve a hozzánk közeli csillagvárosok. Nagyon intenzíven zajlott a csillagkeletkezés, sok forró, nagy tömegű csillag sugárzott erősen ionizáló fényt, és rengeteg szupernóva-robbanás is történt bennük.

Ez a program is egyike a James Webb számos futó projektjének, és a megfigyelések és kutatómunka folytatásával, még több kvazárt és környezetüket megvizsgálva további részletek tisztázására számítanak a csillagászok.

Forrás: NASA