Около 400 000 години след раждането на Вселената започва период, наречен „Епоха на рейонизацията“.
По това време някога по-горещата Вселена започва да се охлажда и материята се събира, образувайки първите звезди и галактики. Когато се появяват тези звезди и галактики, тяхната енергия загрява околната среда, водородът и хелият, изпълващи космоса, се превръщат в лъчиста йонизирана плазма.
Рейонизацията на Вселената е добре известна, но да се определи как се е случило е трудно. За да научат повече, астрономите търсят улики отвъд нашата галактика Млечен път. В ново проучване астрономи от Университета на Айова идентифицирата източник в набор от галактики, наречени континуални галактики на Лайман, където може да се търсят свидетелства за това как е била рейонизирана Вселената.
Йонизацията е явление, при което под действие на външна причина като рентгенови лъчи или висока температура атомите и молекулите от електронеутрални се превръщат в йони - положително зареден йон се образува, когато електрон получи достатъчна енергия над определена граница и напусне атома си, а отрицателно зареден йон се образува, когато атомът "улови излишен“ електрон, при това се освобождава енергия.
Така Епохата на рейонизацията представлява период на повторна рейонизация, при който високоенергийните фотони избиват електрони от неутралните водородни атоми. Рейонизацията е предшествана от "Тъмните векове", а след това идва сегашната "Ера на материята".
Схематична времева линия на Вселената, изобразяваща мястото на рейонизацията в космическата история. Кредит: Wikimedia Commons
В случая на неутрален водороден атом минималната енергия съответства на границата на Лайман, при която цялата енергия на фотона се изразходва за отделяне на електрон от атома, в резултат на което се образуват свободен протон и свободен електрон.
Теодор Лайман наблюдава, че атомният водород поглъща светлина само при определени честоти, поради което една от сериите водородни линии се нарича серия на Лайман.
Всички дължини на вълните в серията на Лайман са в ултравиолетовата част на спектъра. Отделните линии на абсорбцията се появява само до енергийна граница, известна като енергия на йонизацията. Фотоните с енергия над границата ще бъдат погълнати от атома, което дава континуум в енергийния спектър, тоест непрекъснат спектър.
В изследването астрономите успяват да идентифицират черна дупка, милион пъти по-ярка от нашето слънце, която може да е била подобна на източниците, които захранват рейонизацията на Вселената. Тази черна дупка е достатъчно мощна, за да пробие канали в съответната галактика, позволявайки на ултравиолетовите фотони да избягат и да бъдат наблюдавани, съобщават астрономите на база наблюдения през февруари 2021 г., направени с рентгенова космическа обсерватория "Чандра" на НАСА.
„Това наблюдение загатва, че изблиците от черни дупки може да са важни за проникването на ултравиолетовото лъчение от галактиките в междугалактическата среда и нейното рейонизиране“, отбелязва Фил Каарет (Phil Kaaret), професор и ръководител на катедрата по физика и астрономия в Университета на Айова и водещ автор на изследването.
„Все още не можем да видим източниците, които действително захранват йонизацията на Вселената, защото са твърде далеч“, коментира Каарет. „Разгледахме близка галактика със свойства, подобни на галактиките, образували се в ранната вселена. Една от основните причини, поради която е построен космическият телескоп "Джеймс Уеб", е да се опитаме да видим галактиките, в които са източниците, които всъщност захранват рейонизацията на Вселената".
Справка: P Kaaret et al, Rapid turn-on of a luminous X-ray source in the candidate Lyman continuum emitting galaxy Tol 0440-381, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters(2021). DOI: 10.1093/mnrasl/slab127
Източник: Astronomers identify potential clue to reionization of universe, Richard C. Lewis , University of Iowa
