I løbet af den kosmiske mørke alder blev vores univers modnet fra en uregelmæssig suppe af neutral gas til det stjernefyldte kosmos, vi ser i dag. En ny undersøgelse undersøger denne mystiske tid.
Se større. | Milepæle i universets historie (ikke i skala). Gas var i en neutral tilstand fra omkring 300.000 år efter Big Bang, indtil lys fra den første generation af stjerner og galakser begyndte at ionisere den, dvs. stribe atomer i deres elektroner. En ny undersøgelse undersøger universet ved 800 millioner år (gul boks) for at undersøge hvornår og hvordan denne transformation fandt sted. Billede via NAOJ / NOAO.
Starlight er lingua franca i vores univers; det er det sprog astronomer skal lære at tale, hvis de vil forstå vores plads i rum og tid. Men stjernelys har det ikke altid været et træk ved universet. I Big Bang-kosmologien, kort efter selve den brændende store Big Bang, kom der en tid, hvor universet var helt mørkt. Denne periode, før de første stjerner blev født, og menes at have varet flere hundrede millioner år i vores 13,8 milliarder år gamle univers. Astronomer kalder det den kosmiske mørke alder. I sidste uge (11. juli 2017) sagde National Optical Astronomy Observatory (NOAO), at astronomer tog endnu et skridt fremad med at undersøge det tidlige univers med opdagelsen af 23 små stjernedannende galakser - kaldet Lyman alpha-emitting galaxies, eller LAEs - fundet, når universet var kun 800 millioner år gammelt. At finde disse galakser hjælper dem med at finde ud af, hvornår den kosmiske mørke alder sluttede, og de første stjerner og galakser blev dannet. NOAO sagde:
Resultaterne antyder, at de tidligste galakser, som oplyste og ioniserede universet, dannede sig.
Hvad er de kosmiske mørke tider? Her er en god beskrivelse fra Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, der antyder, at universet kun et par hundrede tusinde år efter Big Bang:
… Begyndte at komme ind i de kosmiske ‘mørke tider’, så kaldet, fordi de lysende stjerner og galakser, vi ser i dag, endnu ikke var dannet. Det meste af stoffet i kosmos på dette tidspunkt var mørkt stof, hvor den snavsede resterende almindelige substans hovedsageligt omfattede neutralt brint og helium.
I løbet af de næste par hundrede millioner år gik universet ind i et afgørende vendepunkt i dens udvikling, kendt som epok af reionisering. I løbet af denne periode begyndte den overvejende mørke stof at kollapse i halo-lignende strukturer gennem sin egen tyngdepunkt. Almindeligt stof blev også trukket ind i disse glorie, og til sidst dannede de første stjerner og galakser, som igen frigav store mængder ultraviolet lys. Dette lys var energisk nok til at fjerne elektronerne ud af det omgivende neutrale stof, en proces, der er kendt som kosmisk reionisering.
Det er en god beskrivelse af hvad magt er tilfældet for at afslutte den kosmiske mørke alder. Astronomer, der laver undersøgelser som denne, forsøger at indsamle så meget observationsbevis, som de kan. De forestiller sig afslutningen af den kosmiske mørke alder som en gang i intervallet mellem 300 millioner år og 1 milliard år efter Big Bang. Således ønsker de at observere galakser så tæt som muligt på slutningen af denne periode, men som NOAO sagde i sin nylige erklæring forbliver disse observationer "en udfordring:"
Den intergalaktiske gas… absorberer og spreder kraftigt det ultraviolette lys, der udsendes af galakserne, hvilket gør dem vanskelige at opdage.
Se større. | Falskfarvebillede af en 2-kvadratgradig region i LAGER-undersøgelsesfeltet. De små hvide bokse viser positionerne for de 23 LAE'er, der blev opdaget i undersøgelsen. De detaljerede indsatser (gul) viser to af de lyseste LAE'er; de er 0,5 bueminutter på en side, og de hvide cirkler er 5 buesekunder i diameter. Billede via Zhen-Ya Zheng (SHAO) og Junxian Wang (USTC) / NOAO.
En måde at undersøge denne periode i det tidlige univers er at kigge efter Lyman-alfa-udsendende galakser, eller LAE'er. NOAO sagde:
At starte med, da transformationen skete, indtager astronomer en indirekte tilgang. Ved hjælp af demografien af små stjernedannende galakser til at bestemme, hvornår den intergalaktiske gas blev ioniseret, kan de udlede, når de ioniserende kilder, de første galakser, blev dannet.
Hvis stjernedannende galakser, der glødes i lyset af brint Lyman-alfa-linjen, er omgivet af neutral brintgas, spredes Lyman-alfafonerne let, ligesom forlygter i tåge, og skjuler galakserne. Når gassen ioniseres, løftes tågen, og galakserne er lettere at opdage.
NOAO beskrev videre astronomernes nye arbejde, hvilket resulterede i opdagelsen af 23 kandidat-LAE'er, den største prøve af sådanne galakser, der er opdaget til dato på universets epoke. Disse små stjernedannende galakser:
… Var til stede 800 millioner år efter Big Bang.
Undersøgelsen fandt også, at LAE'er var 4 gange mindre almindelige ved 800 millioner år, end de var kort tid senere, på 1 milliard år. NOAO sagde:
Resultaterne indebærer, at processen med ionisering af universet begyndte tidligt og stadig var ufuldstændig ved 800 millioner år, hvor den intergalaktiske gas var ca. halv neutral og halvdelen ioniseret ved den epoke.