Небольшая масса и тусклое излучение осложняют исследование карликовых галактик. Недавно группа астрофизиков использовала космические телескопы «Джеймс Уэбб» и «Хаббл», а также особенности гравитации в скоплении Пандоры, чтобы узнать роль карликовых галактик после Большого взрыва.
В ранней Вселенной было темно, потому что атомы водорода уже сформировались (позже из них образовался, например, межзвездный газ), но из них еще не успели возникнуть ни звезды, ни галактики. Реликтовое же излучение в значительной степени поглощалось еще неионизированным газом. Но вскоре два важных периода (рекомбинация и реионизация), длившиеся несколько сотен миллионов лет каждый, сделали Вселенную почти такой, какой мы привыкли ее видеть.
В период рекомбинации (378 миллионов лет после Большого взрыва) свободные электроны и протоны объединялись в первые атомы — нейтральные атомы водорода, Вселенная становилась прозрачной и стремительно остывала. А в процессе реионизации (ранее считалось, что это 600-800 миллионов лет после Большого взрыва) из атомов водорода образовались ионы, а гравитационное притяжение сформировало из межзвездного газа звезды, галактики, квазары и другие крупные космические объекты.
В космологии ведутся споры между исследователями на тему источников реионизации. Недавно более 30 авторов объединились ради поиска ответов на этот вопрос и опубликовали исследование в Nature. Астрофизики обнаружили, что основными источниками реионизации были карликовые галактики. Ранее в некоторых моделях эволюции Вселенной источником реионизации считали квазары из-за их мощного ионизирующего излучения.
В карликовых галактиках намного меньше звезд, чем в Млечном Пути, а яркость отличается примерно в 100 раз. Тусклость маломассивных галактик осложняет спектроскопические исследования. В недавней работе астрофизики изучили восемь карликовых галактик в скоплении Пандоры при помощи космического телескопа «Джеймс Уэбб» и телескопа «Хаббл». Скопление галактик играло роль гравитационной линзы, позволяющей усилить поток излучения от объектов.
Ученые обнаружили, что тусклые карликовые галактики в течение миллиарда лет после Большого взрыва производили ионизирующее излучение в четыре раза интенсивнее, чем считалось ранее. Другими словами, для реионизации Вселенной достаточно ионизирующего излучения карликовых галактик. По мнению ученых, при этом небольшая часть фотонов (пять процентов) не провзаимодействует с нейтральными атомами, что не помешает процессу реионизации. Исследователи отмечают, что значение красного смещения для этой эпохи равно шести (z = 6, что эквивалентно 0,929639 миллиарда лет после Большого взрыва).
Значение красного смещения необходимо, чтобы узнать больше о периоде реионизации. Так, в исследовании, опубликованном в Astronomical Journal в 2001 году, авторы утверждали, что Вселенная приближалась к окончанию реионизации при z = 6.
«В настоящее время точно установлено, что слабые галактики являются доминирующим источником УФ-излучения в период реионизации», — подчеркивают авторы исследования.
Вопрос о том, что именно сделало Вселенную снова прозрачной для излучения (то есть ионизировало водород в ней), важен потому, что от ответа на него зависит понимание всей эволюции мироздания. Если это сделали квазары (активно излучающие окрестности крупных черных дыр), то дата завершения реионизации будет одной, а если это сделали карликовые галактики — совсем другой.
