På nesten begynnelsen av tiden var universet innhyllet i mørke. Da produserte tidlige galakser lyse, varme stjerner som lekket strålende lys intergalaktisk rom gjennom små kanaler, og gjorde universet gjennomsiktig.
Det er konklusjonen fra nydelige nye "speil" -bilder tatt av en fjern galakse kjent som Sunburst Arc. Da universet bare var en baby, var det sammensatt av varme, men raskt avkjølende partikler. Når universet hadde avkjølt seg nok, kombinerte protoner og elektroner seg for å danne nøytralt hydrogen, som dekket universet i mørket, noe som gjorde det ikke observerbart i det elektromagnetiske spekteret, ifølge MITs Haystack Observatory. I løpet av denne perioden, kjent som mørke aldre, ble all stråling som ble avgitt absorbert av hydrogengassen.
Deretter, en milliard år etter Big Bang, under "Epok of Reionization", ioniserte en massiv energiinnsprengning gassen, slo elektronene av hydrogenatomene og skapte plasma. Denne ioniseringen skjedde takket være energisk ultrafiolett lys som "mest sannsynlig kom fra veldig unge, veldig lyse, veldig varme og også veldig kortvarige stjerner i de første galaksene," sa hovedforfatter Thøger Emil Rivera-Thorsen, postdoktor ved universitetet av Oslo i Norge. Men det er uklart hvordan akkurat denne ioniseringshendelsen skjedde.
For å finne ut av det vendte forskerne seg mot en galakse kalt "Sunburst Arc" som ligger rundt 11 milliarder lysår unna (selv om det er vanskelig å vite nøyaktig hvor langt den er i et ekspanderende univers.) Sunburst Arc er ikke helt gammel nok til å være en av de tidlige galaksene som gjeninnsatte universet, men det er gammelt nok til å kunne lære forskerne noe om prosessen, sa Rivera-Thorsen.
I en tidligere studie så Rivera-Thorsen og teamet hans på lyssignaler fra Sunburst Arc. Noen få antydninger antydet at ioniserende lys slapp ut fra disse tidlige galaksene gjennom noen smale kanaler, eller hull i et ellers ugjennomsiktig hylse som dekker galaksen. "Men vi kan ikke si at vi har funnet dette før vi faktisk har observert det direkte," sa Rivera-Thorsen til Live Science.
Så forskerne foreslo å oppdage disse hullene ved hjelp av Hubble-romteleskopet og "lo and behold, det fungerte," sa Rivera-Thorsen. Sunburst Arc er plassert på en måte som gjør det enkelt for Hubble å se. En mellomliggende klynge av galakser fungerer som et kosmisk mikroskop og bøyer og forstørrer lys fra Sunburst Arc - som ellers ville være for svakt å se - slik at Hubble kan plukke det opp i en serie bilder. Denne effekten, kalt "gravitasjonslinsering", ble spådd av Einsteins teori om generell relativitet og er spesielt sterk i dette tilfellet, noe som førte til 12 dupliserte bilder av galaksen.
Noen av disse bildene ble tatt i det ikke-ioniserende, synlige lysspekteret, og andre ble tatt i det ioniserende lysspekteret. For det ioniserende lyset er "alt du kan se bare et lite poeng, og ellers er det ingenting," sa han. "Det, tror jeg, var en veldig vakker bekreftelse på hypotesen vår - at dette er som et hull i en ellers helt ikke-gjennomsiktig, gasstekt galakse."
Flere faktorer måtte stille opp for at forskerne skulle se denne effekten, og så, "vi har vært utrolig heldige som fant denne tingen," sa Rivera-Thorsen. For eksempel fanget Hubble-bildene alle de "saftige bitene" i galaksen, inkludert stedene der det ioniserende lyset slapp unna. Det er ikke klart hvorfor eller hvordan disse smale kanalene dannet seg i utgangspunktet.
I de mer moderne galakser, "vi ser ikke så mye av denne ioniserende strålingen rømme, vi ser litt her og der," la han til. "Så noe med de fysiske egenskapene til disse galaksene må ha endret seg ganske dramatisk mellom tiden rundt 1 milliard år etter Big Bang da universet ble gjeninnført." I fremtidig arbeid ønsker Rivera-Thorsen og teamet hans å finne ut hvordan galakser har endret seg siden Big Bangs tid.
"Bevisene for å unnslippe ioniserende stråling er overbevisende," sa Yuri Izotov, en astronom ved Main Astronomical Observatory i Ukraina, som ikke var en del av studien. Funnene deres er viktige for å forstå hvordan lys lekker ut fra stjernedannende galakser, og deres tolkning av at lyset lekker gjennom hullene i galaksen "ser rimelig ut", sa Izotov til Live Science.
Brian Keating, professor i fysikk ved University of California i San Diego, som ikke var involvert i arbeidet, er enig. "Kildene som genererte universets første ioniserende fotoner har lenge vært innhyllet i mystikk," sa Keating til Live Science. "Arbeidet deres gir lovende ny innsikt i de kritikkverdige gjenstandene som antas å være de viktigste driverne for Epok of Reionization."
Funnene ble publisert 7. november i tidsskriftet Science.
