Skup je uočen pomoću svemirskog teleskopa Hubble kako emituje ultraljubičasto svjetlo u maloj, ali brzo rastućoj galaksiji. Prisustvo ovog ultraljubičastog svjetla i historija formiranja zvijezda u skupu koji ga proizvodi, sugerišu da su naleti formiranja zvijezda doprinijeli talasima jonizujućeg zračenja koji su postepeno razbistravali neprovidni neutralni vodik.
Nakon Velikog praska, svemir je bio ispunjen neutralnim vodikovim gasom koji je neprovidan na kratkim talasnim dužinama svjetlosti poput ultraljubičaste. Međutim, ova ultraljubičasta svjetlost bila je najveći neprijatelj neutralnog vodika i postepeno ga je jonizirala širom svemira. Kada se jonizuje, vodikov gas više ne može apsorbovati ultraljubičastu svjetlost, a tako je kosmos postao providan na tim talasnim dužinama.
Zbog toga se prvih oko milijardu godina naziva Epohom rejonizacije. Naziva se “rejonizacija” umjesto “jonizacija” jer je, tehnički, gas već jednom bio jonizovan tokom prvih 379.000 godina nakon Velikog praska.
Dok su istraživali šta je pokrenulo ovu epohu, astronomi su identifikovali dva glavna “osumnjičena” koja su mogla proizvesti dovoljno ultraljubičastog svjetla da jonizuju neutralni vodik. Jedan su aktivne supermasivne crne rupe, a drugi prve generacije vrućih, masivnih zvijezda. Problem je što, s obzirom na to da neutralni vodik vrlo efikasno apsorbuje ultraljubičasto svjetlo, astronomi su imali poteškoća da prate to ultraljubičasto svjetlo do njegovog izvora i utvrde koji je od ta dva “osumnjičena” glavni krivac.
Godine 2023. je svemirski teleskop James Webb (JWST) napravio je veliki proboj otkrivši galaksiju koja je postojala 900 miliona godina nakon Velikog praska i koja je proizvodila dovoljno energije da jonizuje neutralni gas oko sebe.
Sada je svemirski teleskop Hubble otišao korak dalje detektujući ultraljubičasto svjetlo iz galaksije pod nazivom MXDFz4.4. Ovo ultraljubičasto svjetlo trebalo bi biti vidljivo samo ako je okolni gas već bio jonizovan.
“Posmatranje galaksije poput ove smatralo se nemogućim. Istraživači su očekivali da će ‘magla’ neutralnog vodika koja je ispunjavala rani svemir biti previše gusta da zakloni naš pogled na njeno jonizujuće svjetlo. Hubble ne samo da je uhvatio to svjetlo, nego je i pomogao otkriti nevjerovatne detalje o karakteristikama galaksije”, rekao je Ilias Goovaerts s instituta Space Telescope Science Institute (STScI) u Baltimoreu.
Galaksija MXDFz4.4 je prvo identifikovana u posmatranju MUSE eXtremely Deep Field (MXDF), pri čemu MUSE označava instrument Multi Unit Spectroscopic Explorer na teleskopu Very Large Telescope Evropske južne opservatorije, koji se nalazi u Čileu. Dio “z4.4” u njenom imenu govori da galaksija ima crveni pomak (redshift) 4.4, što znači da je postojala prije 12,37 milijardi godina. Kako se svemir širio od tada, ultraljubičasto svjetlo je pomjereno prema vidljivim talasnim dužinama koje je Hubble detektovao.
“Astronomi su pronašli mnoge galaksije koje su postojale u ovom periodu historije svemira, ali nismo detektovali jonizujuće fotone ni iz jedne od njih, što MXDFz4.4 čini jedinstvenom”, rekao je Marc Rafelski, zamjenik šefa Hubble misije u Institutu STScI.
Galaksija MXDFz4.4 je 100 puta manja od našeg Mliječnog puta, ali formira zvijezde deset puta brže nego naša galaksija. Mnoge od tih zvijezda nastaju u uskom, svjetlosno jakom skupu, koji proizvodi jonizujuće ultraljubičasto zračenje.
Skup sadrži “mnogo mladih, vrućih, masivnih zvijezda na malom prostoru, koje bolje probijaju kroz neprozirni gas”, rekao je Goovaerts.
Dalje, upoređujući Hubbleova posmatranja galaksije MXDFz4.4 s podacima JWST-a, koji je proučavao hladnije, starije zvijezde u galaksiji, tim Goovaertsa i Rafelskog je otkrio da su zvijezde u skupu nastajale u naletima, pri čemu je svaki nalet proizvodio nove količine jonizujućeg ultraljubičastog zračenja, koje je postepeno čistilo sve više neutralnog gasa tokom vremena. Sada vidimo galaksiju oko 250 miliona godina nakon što je završila rejonizaciju okolnog gasa. Ove vruće, masivne zvijezde u skupu završavaju svoj život nakon nekoliko miliona godina kao supernove, čiji udarni talasi i zračenje mogu stvarati mjehure u gasu široke svjetlosnim godinama, otvarajući dodatne puteve da ultraljubičasto svjetlo izađe i da ga Hubble detektuje.
Čini se da posmatranja potvrđuju teoriju da su skupovi vrućih, masivnih, sjajnih zvijezda u mladim galaksijama ranog svemira igrali dominantnu ulogu u jonizaciji neutralnog gasa svemira.
“Hubbleova posmatranja galaksije MXDFz4.4 omogućavaju nam da testiramo naše hipoteze mnogo bliže eri rejonizacije nego ikada prije. Pronalaženje više galaksija, posebno u nešto kasnijim kosmičkim vremenima gdje su veći uzorci dostupni, omogućilo bi nam da preciziramo ova mjerenja i shvatimo šta je razbistrilo naš pogled dok se ta era završavala”, rekao je Rafelski.
