A Nature folyóiratban a napokban közzétett tanulmány bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a Tejútrendszernél nagyjából százszor kisebb törpegalaxisok indították el a reionizációnak nevezett folyamatot, amely megváltoztatta a kozmikus történelem menetét. „Az Univerzum átlátszóvá vált” – mondja Hakim Atek, a párizsi Asztrofizikai Intézet kutatója, a tanulmány vezető szerzője. „A reionizációnak köszönhető, hogy képesek vagyunk távoli galaxisokat látni.”

Az ősrobbanás után mintegy 380 ezer évvel az Univerzum szubatomi részecskék forró, sűrű keveréke volt. Ahogy a kozmosz lehűlt, a szabad elektronok és protonok semleges hidrogénatomokból álló gázzá egyesültek. Ezután a sötétség időszaka következett. Ez addig tartott, amíg a gáz helyenként össze nem omlott, hogy kialakítsa az első csillagokat, amelyek ultraibolya (UV) fényt termeltek. Az Univerzumot kitöltő maradék gáz azonban vagy elnyelte, vagy szétszórta ezt a fényt. Ennek eredményeként az Univerzum egy ködös erdőre hasonlított, amelyet halvány, pislákoló szentjánosbogarak tarkítottak, de ezek a fényforrások csak rövid távolságokra voltak láthatók.

Ahhoz, hogy a világűr átlátszóvá váljon, valaminek erős ionizáló sugárzással kellett bombáznia ezt a gázt, amely a semleges hidrogénatomokat töltött hidrogénrészecskékké, azaz ionokká alakította. Erre a kutatók három lehetséges jelöltet azonosítottak: a kvazároknak nevezett energikus fényforrásokat, amelyeket szupernehéz fekete lyukak hajtanak, a Tejútrendszerrel nagyjából azonos méretű, nagy galaxisokat, és végül az apró törpegalaxisokat. A nagy galaxisok saját UV-fényük nagy részét elnyelték volna, mondja Claudia Scarlata, a Minnesotai Egyetem asztrofizikusa. És valószínűleg nem volt elég kvazár ahhoz, hogy az egész folyamatért ők feleljenek. A törpegalaxisok azonban elég kicsik voltak ahhoz, hogy az általuk generált UV-fény könnyen elszökhessen.

A Földhöz közeli, fiatalabb törpegalaxisok megfigyelései arra utalnak, hogy ezek ionizáló sugárzást is képesek kibocsátani. Mindennek ellenére semmi sem fogható ahhoz, ha a korai galaxisok adatai ténylegesen megerősítik ezt, mondja James Rhoads, a NASA Goddard Űrrepülési Központjának asztrofizikusa. A reionizáció korszakából származó törpegalaxisok azonban túl aprók és túl halványak ahhoz, hogy észlelni lehessen őket – még a JWST számára is.

Ennek kiküszöbölésére a kutatók egy természetes távcsövet használtak: egy galaxishalmazt, amely a Földtől mintegy 1,2 millió parszeknyire található. Ez a halmaz olyan hatalmas, hogy eltorzítja a rajta áthaladó fényt, ezáltal felnagyít minden olyan fényforrást, amely eme hatalmas gravitációs lencse mögött található. A szerzők ezt a lencsét nyolc korai törpegalaxis megfigyelésére használták a reionizáció időszakából.

A csillagászok a JWST által gyűjtött adatok felhasználásával elemezték a kérdéses galaxisok UV-fényének hullámhosszát. Ez lehetővé tette a csapat számára, hogy felmérje, ezek a halvány, kis galaxisok felszámolhatták-e a körülöttük lévő hidrogéngázt. A kutatók becslése szerint a törpegalaxisok már az ősrobbanás után egymilliárd évvel is elég sokan lehettek ahhoz, hogy az egész Univerzumot ionizálják, még akkor is, ha sugárzásuk 5%-a az intergalaktikus térbe szökött.

Az Univerzumban elsőként a kis galaxisok alakultak ki, ami tovább valószínűsíti, hogy ők állhattak a reionizációs folyamat elindítása mögött, mondja Rhoads. Minden egyes galaxis sugárzást bocsátott ki, gyakorlatilag átlátszó buborékokat fújva maguk köré, üregeket vájva a semleges gázba. Végül a galaxisokból származó buborékok átfedték egymást, így az átalakulás befejeződött. A törpegalaxisok kisebb buborékokat fújhattak, mint a kvazárok és a nagy tömegű galaxisok, de pont az ilyen kis buborékok biztosíthatták, hogy a reionizáció homogén módon haladjon végig az Univerzumon. Ez pedig viszont nagy hatással volt a mai Univerzum felépítésére, mondja Atek.