Και εγένετο φως – Πώς το ομιχλώδες νεαρό Σύμπαν έγινε διαφανές

Αξιοποιώντας ένα οπτικό τρικ που μεγεθύνει μακρινά αντικείμενα, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb κατάφερε να ανιχνεύσει την πηγή της ακτινοβολίας που καθάρισε το Σύμπαν από μια αρχέγονη ομίχλη μοριακού υδρογόνου και επέτρεψε έτσι στο φως των άστρων να γεμίσει το Διάστημα.

Με άλλα λόγια, έκανε το Σύμπαν διαφανές όπως το βλέπουμε σήμερα.

Από το σκοτάδι στο φως

Τα πρώτα 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν ήταν ένα πυκνό, καυτό και υπέρλαμπρο σύννεφο υποατομικών σωματιδίων.

Με την πάροδο του χρόνου, το σύννεφο κρύωσε αρκετά ώστε να μπορέσουν να συνδυαστούν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και πρωτόνια και να σχηματίσουν άτομα και μόρια υδρογόνου.

Το Σύμπαν βυθίστηκε τότε σε μια μακρά περίοδο σκότους, μέχρι να ανάψουν τα πρώτα άστρα μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια αργότερα.

Το φως τους, όμως, ήταν ορατό μόνο σε μικρές αποστάσεις, καθώς το μοριακό υδρογόνο απορροφά την ακτινοβολία. Το Σύμπαν ήταν ένα ομιχλώδες τοπίο με διάσπαρτα αχνά  φώτα.

Αυτό άλλαξε με τη διαδικασία του λεγόμενου «επανιονισμού», όταν το υδρογόνο διασπάστηκε εκ νέου σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια από την επίδραση κάποιας ισχυρής πηγής ακτινοβολίας. Το φως ήταν πλέον ελεύθερο να γεμίσει τον διαγαλαξιακό χώρο.

Μέχρι σήμερα, όμως, δεν ήταν σαφές αν η ακτινοβολία των πρώτων γαλαξιών ήταν αρκετή για να προκαλέσει τον επανιονισμό, ή αν χρειαζόταν η ισχυρότερη ακτινοβολία των κβάζαρ, μελανών οπών που καταπίνουν μεγάλες ποσότητες ύλης.

Καλλιτεχνική απεικόνιση των πρώτων άστρων, περίπου 400 εκατ. χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Το φως τους χανόταν στην απέραντη ομίχλη (NASA/WMAP)

Βαρυτικός φακός

Για να βρουν την απάντηση, οι αστρονόμοι έπρεπε να βρουν και να παρατηρήσουν αυτούς τους αρχέγονους γαλαξίες, των οποίων το φως χρειάστηκε περίπου 13 δισ. χρόνια να φτάσει μέχρι τη Γη. Κάτι τέτοιο, όμως, ξεπερνούσε ακόμα και τις δυνατότητες του James Webb.

Τη λύση έδωσε το φαινόμενο του «βαρυτικού φακού», στο οποίο ένα αντικείμενο μεγάλης μάζας εκτρέπει τις ακτίνες φωτός και μεγεθύνει την εικόνα αντικειμένων που βρίσκονται πίσω του, όπως τα παρατηρεί κανείς από τη Γη. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, ο φακός ήταν ένα σμήνος γαλαξιών σε απόσταση 3,9 δισ. ετών φωτός από τη Γη.

Διεθνής ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε τον βαρυτικό φακό για να παρατηρήσει οκτώ νάνους γαλαξίες από την εποχή του επανιονισμού, όταν το Σύμπαν είχε ηλικία κάτω από ένα δισεκατομμύριο χρόνια.

Οι γαλαξίες αυτοί είναι τα πιο αμυδρά αντικείμενα που έχουμε δει ποτέ από εκείνη την εποχή.

Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι η υπεριώδης ακτινοβολία που εξέπεμπαν οι αρχέγονοι γαλαξίες (η συνολική ακτινοβολία των άστων τους) ήταν υπεραρκετή για να προκαλέσει τον ιονισμό του υδρογόνου σε όλο το Σύμπαν, αναφέρουν οι ερευνητές στο περιοδικό Nature.

Ουσιαστικά, κάθε νάνος γαλαξίας δημιούργησε γύρω του μια διαφανή «φούσκα» ιονισμένου αερίου, μια φούσκα που όλο και μεγάλωνε μέχρι που συγχωνεύτηκε με τις γειτονικές.

Το Σύμπαν πέρασε έτσι σε ένα νέο κεφάλαιο και οι ουρανοί άρχισαν να γεμίσουν άστρα. Χάρη στη διαδικασία του επανιονισμού, μπορούμε σήμερα να βλέπουμε από τη μια άκρη του ορατού Σύμπαντος μέχρι την άλλη.