Научная программа и задачи JWST / Конец Тёмных Веков: Пёрвый свет и реионизация

Примерно первые 400 миллионов лет после Большого взрыва, Вселенная была очень тёмным местом. Там не было звёзд, и не было галактик. Ученые хотели бы разгадать историю именно того, что произошло после Большого взрыва. Телескоп Джеймса Вебба, способен приоткрыть эту завесу тайны и показать историю формирования первых звёзд и галактик во ранней Вселенной.

По мере расширения Вселенной после Большого Взрыва, горячий суп из элементарных частиц (например, свободных протонов и электронов) начал остывать. Это позволило электронам и протонам объединиться в пары и образовать "нейтральные атомы водорода" (то есть атомы водорода с одним электроном и одним протоном). Этот процесс называется "рекомбинация", и произошло это событие спустя примерно 400 000 лет после Большого Взрыва. Поскольку свободные электроны сейчас связаны с протонами, свет может свободно путешествовать, т.к. он больше не останавливается частым рассеиванием от свободных электронов.

Непрозрачная для света Вселенная стала прозрачной, и "эпоха рекомбинации" является отправной точкой в нашей космической истории, к которой мы можем оглянуться назад и что-то увидеть. Сейчас мы фиксируем это излучение как космический микроволновый фон (реликтовое излучение) с помощю спутников Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) и Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).

Эпохи Вселенной

Еще одно изменение во Вселенной произошло после образования первых звёзд. Теория предсказывает, что первые звезды были в 30-300 раз массивнее нашего Солнца и миллионы раз ярче, и горели всего в течение нескольких миллионов лет прежде, чем взорваться как сверхновые. Энергичный ультрафиолетовый свет от этих первых звёзд был способен расщеплять атомы водорода обратно в электроны и протоны (ионизировать них). Наблюдения спектров далеких квазаров, говорят нам, что это произошло, когда Вселенная была возрастом в миллиард лет.

Та эпоха, когда Вселенной был миллиард лет, известна как "эпоха реионизации" и относится к тому моменту, когда большинство нейтрального водорода было разрушено излучением первых массивных звезд. Реионизация важное явление в истории нашей Вселенной, поскольку она представляет собой один из немногих способов, с помощью которых мы можем (косвенно) изучить ранние звезды. Но ученые не знают точно, когда первые звезды образовались и когда начался процесс реионизации.

Появление первых звезд знаменует собой конец "Тёмных веков" в космической истории, период, который характеризуется отсутствием источников света. Понимание происхождения и природы первых источников света имеет решающее значение, так как они оказали большое влияние на формирование более поздних объектов, таких как галактики. Первые источники света действуют как семена, для последующего формирования крупных объектов.

Область Hubble Deep Field

Кроме того, первые звёзды, которые взорвались как сверхновые, возможно образовали чёрные дыры. Чёрные дыры начали поглощать газ и другие звёзды, чтобы стать объектами, известными как "мини-квазары", которые росли и объединились, и стали огромными чёрными дырами, которые теперь можно найти в гравитационных центрах почти всех массивных галактик.

Научные данные JWST позволят ответить на ряд важных вопросов, которые помогут нам разгадать историю формирования структур во Вселенной. Когда и как происходила реионизация? Какие источники вызвали реионизацию? Какими были первые галактики? Вот те вопросы, на которые JWST поможет найти ответы.

Чтобы найти первые галактики, JWST проведёт сверхглубокое исследование Вселенной в ближнем инфракрасном диапазоне, осуществит спектроскопию с небольшим разрешением, и сделает фотометрию в среднем инфракрасном диапазоне (измерение интенсивности электромагнитного излучения астрономических объектов). Для изучения реионизации, будет необходимо произвести спектроскопию ближнего инфракрасного диапазона в высоком разрешении.

Вы можете посмотреть видео, которое рассказывает о способностях космического телескопа Джеймса Вебба, которые позволят ему вглядеться дальше в космос, чем когда-либо прежде.