Kauan ennen kuin valo täytti maailmankaikkeuden, erilliset energiaprosessit muovasivat jo intergalaktisen kaasun kohtaloa. Löydettyään tämän varhaisen lämpenemisen tutkijat valottavat uudella tavalla dynamiikkaa, joka johti reionisaation aikakauteen, sekä ensimmäisten massiivisten kohteiden vaikutusta.
Sisällysluettelo
Universumin historia alkaa kauan ennen ensimmäisten tähtien syntyä. Tämä alkuvaihe, jota pitkään pidettiin kylmänä ja äänettömänä inertsinä, kiehtoo edelleen kosmologeja. Tärkeitä virstanpylväitä, kuten rekombinaatio ja näkyvän valon synty, on rekonstruoitu kärsivällisesti, mutta muita ”harmaita alueita” on edelleen jäljellä. Niistä reionisaation aikakausi on edelleen hento raja hypoteesin ja tosiasian välillä. Mutta uusi signaali on juuri kääntänyt tämän historian päälaelleen.
Alussa oli pimeä, tiheä ja äänetön maailma
Satojen miljoonien vuosien ajan suuren alkuräjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus muistutti valosta riisuttua syvyyttä. Tähtiä tai galakseja ei ollut vielä syntynyt. Jäljellä oli vain valtavia neutraalin vedyn kerroksia, jotka olivat syntyneet alkuperäisestä hiukkasten kaaoksesta. Tätä aikaa astronomit kutsuvat pimeiksi vuosisadoiksi. Valo on todellakin lukittu sinne eikä voi levitä vapaasti avaruudessa. Tämä vaihe merkitsee siirtymää, jossa maailmankaikkeus pysyy näkymättömänä, vaikka se on jo muodostumassa.
Tätä kosmista hiljaisuutta edelsi avainvaihe, jota kutsutaan rekombinaatioksi. Tällä hetkellä protonit ja elektronit muodostivat vakaita atomeja, mikä mahdollisti lopulta valon vapautumisen. Juuri tämän reliktiivisen säteilyn COBE- ja WMAP-satelliitit havaitsivat luoden pysähtyneen kuvan avaruudesta noin 380 000 vuotta Suuren alkuräjähdyksen jälkeen. Mutta tämän rekombinaation ja ensimmäisten tähtien syntymisen välillä oli valtava mysteeri. Mikään suora signaali ei ole toistaiseksi antanut meille tietoa siitä, mitä tämän pitkän odotuksen aikana tapahtui.
Outo lämpeneminen havaittu ennen reionisaation aikakautta
Ymmärtääkseen tähtien syntyä tutkijat kiinnittivät huomiota tiettyyn radiosignaaliin. Se on 21 senttimetrin aallonpituus, jota neutraali vety emittoi. Ominaisuuksiensa ansiosta tämä aalto kulkee aineen läpi imeytymättä. Näin se antaa käsityksen maailmankaikkeuden varhaisimmista kehitysvaiheista. Tuolloin näkyvä valo ei vielä levinnyt vapaasti, kuten ScienceAlert huomauttaa.
Käyttämällä Murchison Widefield Array -radioteleskoopin vuosikymmenen aikana keräämiä tietoja tutkijat laajensivat havaittavien ilmiöiden rajoja. Poistamalla Maan ilmakehän, lähimpien tähtien ja jopa omien laitteidensa aiheuttaman taustakohinan he erottivat täysin uuden jäännössignaalin. Kortinin yliopiston johtaman projektiryhmän mukaan tulokset osoittavat, että intergalaktinen kaasu oli jo lämmennyt noin 800 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tällainen maltillinen lämpötila tekee reionisaation skenaarion jääkylmässä maailmankaikkeudessa mahdottomaksi.
K.D. Nanhojin ja hänen kollegoidensa The Astrophysical Journal -lehdessä julkaisemat havainnot vahvistavat, että mitatut 21 cm:n aallonpituuden tehospektrin alarajat sulkevat pois niin sanotut ”kylmän reionisaation” mallit. Tämä tarkoittaa väistämättä jonkinlaista varhaista energian saantia.
Miksi tämä löytö muuttaa käsitystämme varhaisesta avaruudesta
Reionisaation aikakausi, joka alkoi noin miljardi vuotta Big Bangin jälkeen, merkitsee siirtymistä läpinäkyvään maailmankaikkeuteen, jossa tähtien ja galaksien valo alkaa levitä vapaasti. Aiemmin oletettiin, että tämä prosessi käynnistyy erittäin alhaisissa lämpötiloissa, jotka syntyvät yksinkertaisen adiabaattisen jäähdytyksen seurauksena kosmoksen laajentuessa. Kuitenkin Kansainvälisen radioastronomian tutkimuskeskuksen tekemä tutkimus osoittaa, että tämä väite on virheellinen.
Radioastronomi Catherine Trotin mukaan mittaukset osoittavat kohtalaista, mutta merkittävää lämpenemistä. Hän uskoo, että tämä ilmiö voi johtua varhaisten mustien aukkojen tai massiivisten tähtien jäännösten röntgensäteilystä. Näin ollen tämä energia, joka on hajonnut intergalaktiseen kaasuun, on voinut vaikuttaa jo kauan ennen näkyvän valon ilmestymistä.
Vaikutus ei rajoitu pelkkään lämpötilan muutokseen. Lisäksi tämä varhainen lämpeneminen rikkoo olemassa olevia malleja. Se viittaa siihen, että jotkut rakenteet, kuten minikvasaarit ja syntymässä olevat galaksit, vaikuttivat avaruuteen kauan ennen kuin ne tulivat näkyviksi. Kosmologit ovat nyt uudelleenarvioimassa universumin kehityksen päävaiheiden järjestystä. Lisäksi James Webb -teleskooppi voi pian tarkentaa tätä skenaariota. Se pystyy havaitsemaan infrapunasäteilyä, kuten NASA selittää asiakirjoissaan.
Astronomeilla on uusi perustavanlaatuinen vihje: maailmankaikkeus lämpeni jo ennen kuin se valaistiin. Tämä lähes huomaamaton lämpöero kuitenkin muuttaa käsitystämme kosmisen alkuperämme ääriviivoista.
