На протяжении истории Вселенная проходила несколько важных этапов эволюции. Сначала, в первые 380 000 лет, она была раскаленной, плотной плазмой — ионизированным газом, — состоящей из протонов и электронов. Постепенно они охладились, и из них стали возникать первые атомы. Затем, через примерно 100 млн лет после Большого Взрыва начали формироваться звезды и галактики. Это послужило толчком для этапа повторной ионизации.

Первые звезды были огромными и раскаленными — от 30 до 300 раз массивнее Солнца — и излучали большое количество энергии в виде ультрафиолетовых лучей. Эта энергия была настолько интенсивной, что расщепляла атомы водорода на протоны и электроны. Это и называют ионизацией. Спустя сотни миллионов лет, когда почти весь водород во Вселенной ионизировался, эпоха реионизации завершилась.

Если вспомнить, что около 75% всего вещества составляет именно водород, трансформация была значительной и затронула всю Вселенную. «Этот процесс нагрел и ионизировал газ во Вселенной, что повлияло на скорость роста и развития галактик, — добавили Джон Крисхольм из Технического университета Остина, соавтор статьи. — Эти ранние звезды определили всю структуру галактик во Вселенной».

Поскольку астрономы не могут наблюдать процесс реионизации напрямую, они вынуждены использовать модели, чтобы предсказать, когда эта эпоха подошла к концу.

Модели эти основаны, в частности, на анализе реликтового излучения и так называемого Лайман-альфа леса, то есть набора линий определенных длин волн, связанных с изменениями энергии в атомах водорода. Оба этих метода помогают вычислить, сколько водорода трансформировалось во время реионизации и сколько на это ушло энергии.

Космический телескоп им. Джеймса Уэбба, начавший работу в 2022 году, позволил астрономам заглянуть дальше, чем когда бы то ни было, в прошлое Вселенной. И стал источником новых данных, меняющих общепринятые космологические представления. Одной из неожиданностей для ученых стало большее количество галактик, излучающих в ультрафиолетовом спектре. Эти яркие галактики в состоянии сами реионизировать всю Вселенную.

Если верить данным «Уэбба», реионизация закончилась уже через 550-650 млн лет после Большого взрыва, а не через один млрд лет. В таком случае должны выглядеть иначе и реликтовое излучение, и лес Лайман-альфа. Другими словами, это маловероятно.

Скорее всего, пишет Phys.org, в современных моделях отсутствует некая ключевая информация. Например, иногда ионизированные протоны и электроны возвращаются, чтобы изменить нейтральные атомы водорода (процесс рекомбинации). Возможно, такое случалось чаще.

Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба обнаружила далекую-далекую галактику, возникшую на заре Вселенной. Свет от нее до Земли шел почти столько же, сколько прошло времени с момента Большого взрыва. И при этом, как показали независимые измерения, в ее центре находится на удивление весомая черная дыра — массой более миллиарда масс Солнца. С точки зрения современной астрофизики, объяснить такой феномен невозможно.