Kiedy nastąpiło ponownie zjonizowanie się Wszechświata? Być może to najstarsze gwiazdy Drogi Mlecznej skrywają tę odpowiedź.

Okres ponownej jonizacji materii Wszechświata pozostawił swój znak na Drodze Mlecznej w postaci gwiezdnego halo – powiedzieli astronomowie w Australii i Japonii – a im wcześniej nastąpiła ta ponowna jonizacja, tym bardziej skoncentrowane powinno być gwiezdne halo naszej galaktyki.

Wszechświat był niezjonizowany przez większość swojego wczesnego życia. Od momentu Wielkiego Wybuchu ostygł, a jego wodór i hel miały pełen komplet elektronów. Kiedy pierwsze gwiazdy oraz kwazary zaczęły świecić w gwiazdach, materia znowu podległa jonizacji. Niemniej jednak dokładny czas tej ponownej jonizacji nie jest znany. Być może wydarzyło się to tak wcześnie jak redshift 30, który nastąpił tylko 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu albo tak późno jak redshift 6, kiedy Wszechświat miał 900 milionów lat. Ów „redshift”, to żargonowe określenie poczerwienienia, które w kosmologii jest miarą wieku oglądanych obiektów. Relacja jest prosta – im dalej w głąb Wszechświata patrzymy, tym większe poczerwienienia mają obiekty. Obiekty z dużymi redshiftami są starsze od tych z małymi.

Kenji Bekki z University of New South Wales w Sydney w Australii i Masashi Chiba z Tohoku University w Sendai w Japonii zaproponowali sposób wyznaczenia okresu, w którym nastąpiła ponowna jonizacja: należy obserwować galaktyczne, gwiezdne halo – jego skupianie lub rozprzestrzenie się. Ich praca w przyszłości zostanie opublikowana w „Astrophysical Journal Letters„.

Gwiezdne halo jest najstarszym gwiezdnym zbiorem Drogi Mlecznej, zbiorem, którego najjaśniejsi członkowie są ubogimi w żelazo gromadami kulistymi. Jednakże pojedyncze obiekty gwiezdnego halo, takie jak Gwiazda Kapteyna z gwiazdozbioru Malarza i Groombridge 1830 w Wielkiej Niedźwiedzicy, daleko przewyższają liczebnie gromady kuliste. Chociaż dysk Drogi Mlecznej jest okryty gwiezdnym halo, większość „niezrzeszonych” gwiazd z halo i gromad znajduje się dużo bliżej centrum Galaktyki niż Słońce.

Według Bekki i Chiby skupianie się Wszechświata bezpośrednio wynika z okresu jego ponownej jonizacji. Astronomowie przeprowadzili komputerowe symulacje powstawania i rozwoju galaktyki – od najdrobniejszych okruchów, do coraz większych jej części. Im wcześniej nastąpiła ponowna jonizacja, tym wcześniej przerwana została formacja gwiazd w galaktyce. Działo się tak, ponieważ zjonizowany Wszechświat był przezroczysty dla promieniowania ultrafioletowego, które zniszczyło zimny gaz molekularny, z którego powstawały młode gwiazdy.

Początkowo gwiazdy formowały się w najgęstszych skupiskach gazu i pyłu. Jeśli ponowna jonizacja nastąpiła wcześnie, wtedy gwiazdy zdołały się uformować tylko w tych najgęstszych skupiskach, zanim proces formowania gwiazd dobiegł końca. Później te skupiska utworzyły gwiezdne halo. Mniejsze skupiska dołączyły do galaktyki później a ich materia współtworzyła zewnętrzną część gwiezdnego halo.

Gwiazdy z tych mniejszych skupisk, jeśli w ogóle powstały, rozproszyły się na zewnątrz halo. Jeśli jednak rejonizacja nastąpiła wcześnie, to mniejsze skupiska pozostały bezgwiezdne i gwiazd rozproszonych na zewnątrz nie powinno być.

Astronomowie mówią, że aktualnie halo Drogi Mlecznej pasuje do modelu, w którym ponowna jonizacja nastąpiła w redshifcie 15, co przypada na okres 260 milionów lat po Wielkim Wybuchu. W szczególności, model ten daje halo, którego gęstość (ilość gwiazd w objętości) zmienia się w ten sposób, że w okolicy Słońca jest jedynie 8,8% ilości gwiazd, która jest w połowie odległości Słońca od centrum Galaktyki.

Bekki i Chiba zasugerowali innym astronomom użycie naziemnych teleskopów (takich jak Subaru na Hawajach) do obserwacji gwiezdnych halo innych olbrzymich galaktyk spiralnych. Te obserwacje powinny w przyszłości umożliwić skonkretyzowanie dokładnego okresu ponownej jonizacji materii Wszechświata.