Вселенная: что такое эпоха реионизации?
Представители Научного института космического телескопа (STScI) недавно выбрали следующие миссии для второго года работы телескопа Джеймса Уэбба. Среди отобранных проектов несколько будут исследовать эпоху реионизации. Но что именно представляет собой этот период и почему он так важен?
От "темных веков" к "прозрачной" Вселенной
В первые несколько минут после Большого взрыва температура была настолько высокой, что уже имелось достаточно энергии для запуска ядерных реакций. Этот процесс, известный как первобытный нуклеосинтез, привел к образованию преимущественно ядер водорода и гелия. Водород был самым распространенным элементом в то время (около 75% материи в первозданной Вселенной). Гелий составлял около 25% этой материи, а следы других легких элементов, таких как литий, составляли менее 1%.
Позже, по мере охлаждения и расширения Вселенной, этот газ начал конденсироваться и образовывать облака материи. Когда эти облака гравитационно разрушились, возникли более плотные области, давшие начало первым звездам и галактикам. Эти первые звезды были гораздо массивнее современных звезд. Они также были намного энергичнее, испуская значительное количество интенсивного ультрафиолетового излучения.
Энергии этих фотонов было достаточно, чтобы вырвать электроны из нейтральных атомов водорода или гелия. Когда электрон вырывается из атома, он становится положительно заряженным, образуя положительный ион. Атом без электрона становится отрицательным ионом. Этот процесс ионизации нейтрального газа излучением первых звезд и галактик известен как реионизация.
Затем, по мере образования и гибели звезд, Вселенная становилась все более ионизированной. К концу эпохи реионизации большая часть Вселенной стала окончательно прозрачной для фотонов. Вопрос о сроках все еще открыт для дискуссий, но многие согласны с тем, что фаза реионизации началась примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва.
Почему этот период важен?
Очевидно, что это был ключевой период в нашей истории, поскольку он оказал значительное влияние на то, как свет и другие формы излучения распространяются во Вселенной сегодня. Более того, этот переход произошел на ранних этапах истории Вселенной, относительно скоро после Большого взрыва. Поэтому его анализ позволяет изучить первобытные условия космоса, в частности, его плотность, температуру, состав и физические процессы, определившие его эволюцию. Наконец, этот период соответствует времени формирования первых звезд и галактик. Эти структуры сыграли важнейшую роль в последующей эволюции Вселенной.