Téměř dva ze tří fotonů schopných ionizovat vodík unikají z galaxie vzdálené asi 11 miliard světelných let, jak vyplývá z objevu, který astrofyziky zaskočil. Galaxie, katalogizovaná jako JADES-GS-z13-1-LA, propouští až 65 % svého ultrafialového záření, což je hodnota výrazně převyšující to, co modely předpovídají pro objekty tohoto typu.
Tento objev, publikovaný v časopise The Astrophysical Journal, učinil tým pod vedením Iliase Goovaertse z Vědeckého institutu vesmírného dalekohledu na základě dat z vesmírného dalekohledu Hubble.
Vesmír zahalený mlhou
Abychom pochopili význam tohoto výsledku, musíme se vrátit do prvních okamžiků vesmíru. Pouhých několik set tisíc let po Velkém třesku klesla teplota vesmíru natolik, že se protony a elektrony spojily a vytvořily atomy vodíku, nejzákladnější atomovou strukturu, jaká existuje: jeden proton spojený s jedním elektronem. Tak vzniklý neutrální vodík se postupně hromadil, až se proměnil v jakousi kosmickou mlhu, která pohlcovala nejenergetičtější světlo vyzařované prvními hvězdami a galaxiemi.
Toto období, které trvalo stovky milionů let, je známé jako Temný věk. Ne proto, že by vesmír postrádal zdroje světla, ale proto, že závoj vodíku je činil prakticky neviditelnými. Otázka, na kterou se vědci již desítky let snaží najít odpověď, je snadno formulovatelná, ale těžko řešitelná: jak se vesmíru podařilo zbavit se té temnoty?
Související článek
Reionizace: opona se zvedá
Odborníci se shodují, že klíčem byl proces zvaný kosmická reionizace. První generace hvězd uvolňovaly obrovské množství ultrafialového záření, které postupně oddělovalo elektrony od atomů vodíku a přeměňovalo neutrální plyn na plazma, což je stav hmoty, ve kterém nabité částice již neblokují světlo. Vesmír krok za krokem znovu nabyl své průhlednosti.
Je třeba upřesnit, že reionizace nezpůsobila vznik prvních galaxií; umožnila pouze jejich první pozorování. Stále však není jasné, jaké objekty vyzařovaly dostatečné množství záření, aby vyvolaly tak rozsáhlou přeměnu.
Záření, které je téměř nemožné zachytit
Ultrafialové záření, které ionizuje vodík, patří do takzvaného Lymanova kontinua – rozsahu vlnových délek, který je ze Země obzvláště obtížné zachytit. Vzdálené galaxie jsou extrémně slabé a navíc je značná část tohoto světla pohlcena mezigalaktickým plynem, než se dostane k našim přístrojům. Proto vědci obvykle studují relativně blízké galaxie jako analogie těch, které existovaly před více než 13 miliardami let.
Tým Goovaertse se řídil právě touto strategií a ověřil, že Hubbleův teleskop zaznamenal záření z Lymanova kontinua pocházející z JADES-GS-z13-1-LA. Nejpozoruhodnějším údajem je únikový podíl: 65 % ionizujících fotonů se podaří opustit galaxii, aniž by bylo pohlceno jejím vlastním plynem, což z ní činí neobvykle účinného vysílače ultrafialového záření.
Vysvětlení v podobě hmotných hvězd a supernov
Výzkumníci tuto vysokou průhlednost připisují intenzivní hvězdotvorné činnosti, která v galaxii probíhá. Nejhmotnější hvězdy během svého krátkého života generují obrovské množství ultrafialového záření a když explodují jako supernovy, otevírají v okolním plynu doslova kanály, jimiž může záření snadno unikat. Výsledkem je galaxie, která je pro světlo mnohem propustnější, než je obvyklé.
Ačkoli tento objev sám o sobě neuzavírá debatu o reionizaci, poskytuje přímý důkaz toho, že některé galaxie v raném vesmíru byly schopny uvolňovat obrovské množství ionizujícího záření. Pokud by se podobně chovalo významné množství galaxií, stačilo by to k vysvětlení toho, jak se vesmír změnil z prostředí zaplaveného neutrálním vodíkem na průhlednou oblohu, kterou dnes pozorujeme.
Cesta dlouhá 11 miliard let
Možná nejúžasnější na tomto objevu není samotná galaxie, ale fotony, které jej umožnily. Každý z nich vyrazil ze své mateřské galaxie v době, kdy Země ještě neexistovala, putoval po dobu asi 11 miliard let oblastmi vesmíru plnými plynu, který ho mohl pohltit, a přesto nakonec dopadl na zrcadlo Hubbleova teleskopu. Pro foton z Lymanova kontinua je absolvování takové cesty téměř statistickým zázrakem.
A právě proto, že to téměř žádný z nich nedokáže, obsahuje každý foton, který dorazí, mimořádně cenné informace: odhaluje vlastnosti galaxie, která jej vyslala, cesty, jimiž unikl, a dokonce i stav vesmíru, kterým procházel po miliardy let. Stačí jen vědět, na co se ho zeptat.