Астрономи су одавно предвидели да Лајманова α емисија у веома раном универзуму данас не би требало да се види.
Брзина светлости је 300.000 километара у секунди. Светлост удаљенијих галаксија дуже путује до Земље. Посматрањем најудаљенијих галаксија испитују се далеки крајеви универзума и проучава његова прошлост. Најраније галаксије су места активног формирања звезда и богати извори лајманове- α емисије (названа према америчком физичару Теодору Лајману Четвртом), светлости таласне дужине од 121,567 нанометара коју емитују атоми водоника. Kада електрон у специфичном енергетском стању у побуђеном атому водоника из побуђеног стања са n = 2 орбитале падне на своје основно стања ниже енергије орбиталу n = 1 он вишак енергије емитује као квант светлости или фотон. Kада ми ухватимо ту светлост можемо да идентификујемо догађај из којег је она емитована. Лајманова-α емисија је важна у астрономије зато што је водоник најприсутнији елемент у универзуму и зато што може да буде побуђен енергетским процесима из формирања звезда. Поменута емисија је знак формирања звезда.
У току рекомбинације, прве фазе након Великог праска, универзум се довољно охладио. Мање енергични и мање брзи електрони су ушли у орбиту протона и формирали неутралне атоме водоника. Настали су гушћи облаци гаса, стварајући звезде и галаксије чија светлост постепено рејонизује атоме водоника. А у епохи рејонизације, након епохе рекомбинације, звездани расадници и младе галаксије били су уроњени у маглу огромне количине неутралног гаса водоника.
Неутрални гас водоника у међугалактичком простору сачињен је од непобуђених атома водоника у најнижем енергетском стању, сваки са електроном на орбитали n = 1. Фотон, квант светлост коју емитује атом водоника током Лајманове α емисије, носи енергију прелаза електрона са орбите n = 2 на n = 1. Kада удари у неутрални атом водоника, има праву количину енергије да јонизује атом и одведе његов електрон до орбите 2. Неутрални гас тако апсорбује и блокира Лајманову α емисију.
Астрономи су одавно предвидели да Лајманова α емисија у веома раном универзуму данас не би требало да се види. Ово није увек било подложно испитивању, иако су раније примећени примери ране емисије водоника. Kако је могуће да се посматра ова емисија водоника која је одавно требало да буде апсорбована или распршена?
Калум Витен, са Универзитета у Kембриџу и главни истраживач у новој студији каже: „Једно од најзагонетнијих питања које су претходна запажања представила било је откривање светлости из атома водоника у врло раном универзуму, која је требало да буде потпуно блокирана неутралним гасом што је настао након Великог праска”. Webb/NIRCam инструмент око већих светлих галаксија запажа већи промет мањих галаксија у интеракцији и спајању из којих долази емисија водоника.
Серхио Мартин-Алварес, члан тима са Универзитета Станфорд, додаје: „Тамо где је Хаблов телескоп (Hubble Telescope) видео само велику галаксију, Вебов телескоп (Webb Space Telescope) види јато мањих галаксија у интеракцији, а ово откриће је имало огроман утицај на наше разумевање неочекиване емисије водоника из неких од првих галаксија”. Kомпјутерске симулације указују да спајање галаксија изазива брзо нагомилавање звездане масе, a интензивно формирање звезда у њима покренуло емисију водоника и очистило делове гаса из окружења, омогућујући светлости из водоника да побегне. Висока стопа спајања раније неопажених мањих галаксија је решење за емисију водоника.
Слика приказује EGSI8p7, светлу галаксију у раном Универзуму. Између осталог, овде се види Лајманова α емисија, светлости из побуђених атома водоника. Галаксија се налази у групи младих галаксија које је Вебов телескоп проучавао у CEERS истраживању. У доња два панела издваја се ова далека галаксија заједно са две пратецће галаксије. Претходна посматрања су на њеном месту видела само једну већу галаксију.
Опис слике: Горња слика, означена као CEERS анкета, приказује квадратне слике делова неба пуних галаксија. Извучени квадрат у доњем левом углу са ознаком Webb/NIRCam садржи малу тачку, увец́ано десно, са ознаком EGSI8p7 са маркером скале од 0,5 лучних секунди. Овде се виде три суседне галаксије као обојене мрље са светлим, различитим језгрима. Налази су објављени у Nature Astronomy Натуре (https://www.nature.com/articles/s41550-023-02179-3 и https://esawebb.org/news/weic2402/)
Погледајте: https://www.youtube.com/watch?v=YDUWoIqVzzc.
(Илистрација Pixabay)
(Астрономски магазин)
