Космический телескоп NASA Nancy Grace Roman будет исследовать переход Вселенной к современному звездному ландшафту, период, известный как космическое утро. В настоящее время обширные области космоса ясны, но это было не всегда. В своей юности Вселенная была окутана 'туманом', который скрывал первые звезды и галактики.
Мишель Таллер, астрофизик в Центре космических полетов Годдарда NASA, сказала: "Что-то основополагающее в природе Вселенной изменилось в это время. Благодаря четким инфракрасным изображениям Романа, мы наконец сможем понять, что произошло в критический космический момент."
Сразу после своего рождения космос был бурлящим морем частиц и излучения. По мере расширения и охлаждения Вселенной положительно заряженные протоны смогли захватить отрицательно заряженные электроны, образуя нейтральные атомы, в основном водорода и немного гелия. Вероятно, водород и гелий в газообразном состоянии долгое время не могли соединиться, чтобы образовать звезды, которые затем сгруппировались, чтобы сформировать первые галактики. Однако даже когда звезды начали светить, их свет не мог далеко путешествовать, прежде чем был поглощен нейтральными атомами. Этот период, известный как космическая темная эпоха, длился с примерно 380 000 до 200 миллионов лет после Большого взрыва.
Затем 'туман' постепенно рассеивался, поскольку все больше нейтральных атомов распадались в течение следующих сотен миллионов лет, что обозначало космическое утро.
Аарон Юнг, стипендиат Гиаццони в Институте науки космического телескопа, выразил любопытство относительно процесса, заявив: "Широкий и четкий обзор глубокого космоса Романа поможет нам взвесить различные объяснения."
Команда NASA считает, что примитивные галактики могут быть в значительной степени ответственны за энергетический свет, который разрушал нейтральные атомы. Ранние черные дыры также могли сыграть какую-то роль. Роман будет широко исследовать возможных 'виновных'.
Такэхиро Моришита, ассистент-ученый в Caltech/IPAC, отметил: "Роман станет отличным инструментом для поиска строительных блоков космических структур, таких как скопления галактик, которые формируются позже. Он быстро идентифицирует самые плотные области, где 'туман' расчищается, что делает Романа ключевой миссией для исследования ранней эволюции галактик и космического утра."
Первые звезды, вероятно, были очень разные от современных. Когда гравитация начала притягивать материю, Вселенная была очень плотной. Эти звезды, возможно, были в сотни или тысячи раз более массивными, чем Солнце, и излучали огромное количество высокоэнергетического излучения. Гравитация сгруппировала молодые звезды, чтобы образовать галактики, и их накопленные взрывы могли снова отрывать электроны от протонов в пузырьках пространства, которые их окружали.
"Можно сказать, что это была вечеринка начала Вселенной," сказала Таллер, добавив: "Мы никогда не видели рождения первых звезд и галактик, но это должно было быть зрелищно!"
Однако эти массивные звезды не продержались долго. Ученые считают, что они быстро коллапсировали, оставляя после себя черные дыры, объекты с такой экстремальной гравитацией, что даже свет не может вырваться. Поскольку молодая Вселенная также была меньше, так как она не расширялась долгое время, орды этих черных дыр могли объединяться, чтобы образовать другие еще более крупные, с массой до миллионов или даже миллиардов раз больше массы Солнца.
Сверхмассивные черные дыры могли помочь очистить 'туман' водорода, который пронизывал раннюю Вселенную. Горячий материал, вращающийся вокруг черных дыр в ярких центрах активных галактик, называемых квазаров, может генерировать экстремальные температуры и излучать огромные струи интенсивной радиации. Эти струи могут простираться на сотни тысяч световых лет, вырывая электроны из любых атомов, которые попадаются на их пути.
Космический телескоп Джеймса Уэбба NASA также исследует космическое утро, используя свое более узкое, но более глубокое зрение для изучения ранней Вселенной. Объединив наблюдения Уэбба с наблюдениями Романа, ученые создадут гораздо более полное представление об этой эпохе. На данный момент Уэбб обнаружил больше квазаров, чем ожидалось, учитывая их редкость и небольшое поле зрения. Расширенный обзор Романа поможет астрономам понять, насколько на самом деле распространены квазары, поскольку он, вероятно, найдет десятки тысяч по сравнению с небольшим количеством, которое может найти Уэбб.