På næsten tidens begyndelse var universet indhyllet i mørke. Derefter producerede tidlige galakser lyse, varme stjerner, der lækkede strålende lys intergalaktisk rum gennem små kanaler og gjorde universet gennemsigtigt.
Det er konklusionen fra smukke nye "spejl" -billeder taget af en fjern galakse kendt som Sunburst Arc. Da universet bare var en baby, var det sammensat af varme, men hurtigt afkølende partikler. Når universet først var afkølet, blev protoner og elektroner kombineret for at danne neutralt brint, som dækkede universet i mørke, hvilket gjorde det uobserverbart i det elektromagnetiske spektrum, ifølge MIT's Haystack Observatory. I denne periode, kendt som de mørke aldre, blev enhver udsendt stråling absorberet af brintgas.
Derefter, en milliard år efter Big Bang, under "Epok of Reionization", ioniserede en massiv energiindsprøjtning gassen, banede elektroner fra brintatomerne og skabte plasma. Denne ionisering skete takket være energisk ultraviolet lys, der "sandsynligvis kom fra meget unge, meget lyse, meget varme og også meget kortvarige stjerner i de første galakser," sagde hovedforfatter Thøger Emil Rivera-Thorsen, postdoktor ved universitetet af Oslo i Norge. Men det er uklart, hvordan nøjagtigt denne ioniseringshændelse skete.
For at finde ud af det vendte forskerne sig mod en galakse kaldet "Sunburst Arc", der ligger omkring 11 milliarder lysår væk (selvom det er vanskeligt at vide nøjagtigt, hvor langt det er i et ekspanderende univers.) Sunburst Arc er ikke helt gammel nok til at være en af de tidlige galakser, der genoptog universet, men det er gammelt nok til at være i stand til at lære forskerne noget om processen, sagde Rivera-Thorsen.
I en tidligere undersøgelse så Rivera-Thorsen og hans team på lyssignaler fra Sunburst Arc. Et par tip antydede, at ioniserende lys slap væk fra disse tidlige galakser gennem et par smalle kanaler eller huller i et ellers uigennemsigtigt skind, der dækker galaksen. "Men vi kan ikke sige, at vi har fundet dette, før vi faktisk har observeret det direkte," fortalte Rivera-Thorsen til Live Science.
Så forskerne foreslog at opdage disse huller ved hjælp af Hubble-rumteleskopet og "se og se, det virkede," sagde Rivera-Thorsen. Sunburst Arc er placeret på en måde, der gør det nemt for Hubble at se. En mellemliggende klynge af galakser fungerer som et kosmisk mikroskop og bøjer og forstørrer lys fra Sunburst Arc - hvilket ellers ville være for svagt at se - så Hubble kan samle det op i en serie billeder. Denne effekt, kaldet "gravitationslinsering", blev forudsagt af Einsteins teori om generel relativitet og er især stærk i dette tilfælde, hvilket fører til 12 duplikatbilleder af galaksen.
Nogle af disse billeder blev taget i det ikke-ioniserende, synligt lys-spektrum, og andre blev taget i det ioniserende lysspektrum. For det ioniserende lys er "alt, hvad du kan se, et lille punkt, og ellers er der intet," sagde han. "Det tror jeg var en meget smuk bekræftelse af vores hypotese - at dette er som et hul i en ellers helt ikke-gennemsigtig, gasdækket galakse."
Flere faktorer måtte stille op for forskerne for at se denne effekt, og så, "vi har været utroligt heldige at finde denne ting," sagde Rivera-Thorsen. F.eks. Fangede Hubble-billederne alle de "saftige bits" i galaksen, inklusive de steder, hvor det ioniserende lys slap ud. Det er ikke klart, hvorfor eller hvordan disse smalle kanaler dannede sig i første omgang.
Hvad mere er, i de mere moderne galakser, "vi ser ikke rigtig meget af denne ioniserende stråling flygte, vi ser lidt her og der," tilføjede han. "Så noget ved de fysiske egenskaber ved disse galakser må have ændret sig ganske dramatisk mellem tiden omkring 1 milliard år efter Big Bang, da universet blev genoptaget." I det fremtidige arbejde ønsker Rivera-Thorsen og hans team at finde ud af, hvordan galakser har ændret sig siden Big Bangs tid.
"Beviserne for at undslippe ioniserende stråling er overbevisende," sagde Yuri Izotov, en astronom ved Main Astronomical Observatory i Ukraine, som ikke var en del af undersøgelsen. Deres fund er vigtige for at forstå, hvordan lys lækker igennem fra stjernedannende galakser, og deres fortolkning af, at lyset lækker gennem huller i galaksen "ser rimelig ud," fortalte Izotov til Live Science.
Brian Keating, professor i fysik ved University of California i San Diego, som ikke var involveret i arbejdet, er enig. "Kilderne, der genererede universets første ioniserende fotoner, er længe indhyllet i mysterium," fortalte Keating til Live Science. "Deres arbejde giver lovende ny indsigt i de uforskrivelige genstande, der menes at være de primære drivkræfter for genoptagelsens epoke."
Resultaterne blev offentliggjort den 7. november i tidsskriftet Science.
