V najstarejša obdobja vesolja je izjemno težko pogledati. Ne le zato, ker so časovno in prostorsko izjemno oddaljena, več kot 14 milijard (svetlobnih) let, in posledično le malo svetlobe dospe do nas; če že, je izjemno šibka in popačena. Močan razlog tiči tudi v dejstvu, da vesolje prvo milijardo let po rojstvu ni bilo prosojno in vakuumsko čisto, kot je danes. Prvih 380.000 let je bilo tako gosto in vroče, da od takrat nimamo niti enega samega, samcatega delca svetlobe. Skoraj milijardo let zatem pa je bilo primerljivo z ogromnim oblakom megle, ki večinoma zastira vse svetleče. Iz tega obdobja lahko astronomi le mukoma izkopljejo prve galaksije sploh in preučujejo, kako se je vesolje razvilo.

To že skoraj desetletje počne mednarodna raziskovalna skupina, ki jo vodi slovenska astrofizičarka Maruša Bradač, profesorica na Univerzi v Kaliforniji, Davis (ZDA). Z nekaj najzmogljivejšimi teleskopi sveta poskuša prodreti v stare koprene in razbrati, kaj se skriva v njih. Dolgo traja, da kaj odkrijejo. Leta in leta opazovanj prinesejo zgolj nekaj potencialnih kandidatov, ki jih nato še lep čas preučujejo, predenj zadenejo zlato žilo. Lani je Bradačeva razglasila odkritje najtemnejše znane galaksije iz otroštva vesolja, zdaj pa so v njeni raziskovalni skupini našli primer galaksije, ki je nenavadna zato, ker je navadna.
S pomočjo veteranskega vesoljskega teleskopa Hubble so odkrili meglenico MACS1423-z7p64, nato pa s kopenskim teleskopom Keck natančneje izmerili oddaljenost in lastnosti. Ugotovili so, da je MACS1423-z7p64 nastal približno 700 milijonov let po velikem poku, torej 13,1 milijarde let nazaj. Raziskava je objavljena v znanstveni publikaciji Nature Astronomy, njen prvi avtor pa je doktorski študent Austin Hoag.

Gromozanske vesoljske leče
Da so jo lahko sploh videli in da zdaj vemo za njen goli obstoj, se lahko zahvalijo vesoljski leči, ki veča in ostri podobo oddaljenih zadev za njo. A v vesolju seveda ni gromozanske steklene lupe, temveč njeno vlogo odigra težnost. Ta po ugotovitvah Alberta Einsteina krivi čas in prostor. Več kot je na nekem prostoru skoncentrirane mase, bolj krivi čas-prostor okoli sebe, in ukrivljenost mimoidočo svetlobo sili, da ubere nekoliko drugačno pot. Raziskovalna skupina je imela srečo, da je prav med tarčno meglenico MACS1423-z7p64 supermasivna kopica galaksij, kar za desetkrat ojača svetlobo oddaljenih prostranstev.

Rdečica lahko pomeni starost
Lastnosti galaksije so prepoznali s pomočjo spektrometra Mosfire na teleskopu Keck, instrumenta, ki prejeto svetlobo razlomi na posamezne barve. Najprej so preverili, za koliko se je valovna dolžina svetlobe podaljšala na poti skozi vesolje. S pomočjo tega podatka, imenovanega rdeči pomik, se lahko izračuna oddaljenost videnega. Vesolje se namreč širi oziroma v njem nenehno nastaja nov prostor, kar svetlobi, ki potuje skozenj, daljša valovno dolžino proti rdeči. Poenostavljeno se učinek da primerjati z Dopplerjevim, ki nastane, ko denimo policijski avtomobil švigne mimo vas, nato je zvok sirene slišno nižji in počasnejši. Bolj kot je osvetje rdečkasto, bolj je (lahko) oddaljeno. V konkretnem primeru so rdeči pomik postavili na vrednost 7,5, kar pomeni 13,1 milijarde svetlobnih let stran. Ker je vesolje staro 13,8 milijarde let, pomeni, da je podoba nastala 700 milijonov let po velikem poku.

To še ne pomeni dejanske starosti galaksije, le trenutek preteklosti, v katerega zremo. Galaksija sama je zagotovo nastala še precej prej. Danes pa je desetine milijard svetlobnih let stran, če sploh še obstaja. V tem času se je lahko združila s katero drugo galaksijo ali pa celo ugasnila, kot je denimo tale sveže odkriti primer.

Navadna galaksija je nenavadna
Nadalje je raziskovalna skupina presenečeno ugotovila, da so našli meglenico, ki je za tisti čas običajna - glede na znanstvene modele. To je prva navadna galaksija iz otroštva vesolja, ki so jo posneli in tudi potrdili. Je torej tedajšnji ekvivalent naši Galaksiji Rimski cesti, a ne absolutno, temveč relativno. V tistem času so namreč bile vse galaksije precej drugačne od današnje bere, zato je bila tudi normalnost drugačna. Prva generacija osvetij je šele nastajala in niti približno ni imela dovolj časa, da bi se razvila v primerke, ki bi jih lahko primerjali s sodobnimi.

V tistem praobdobju so bile v povprečju vse galaksije 10-krat manjše in 100-krat manj masivne ter svetle, je pojasnila Bradačeva. Tako tudi MACS1423-z7p64 vsebuje 500 milijonov Sončevih mas, kar je 100-krat manj kot naša Galaksija, in je za 10-krat manjša po velikosti, zato lahko potegnemo vzporednice skozi milijarde let.

Seveda so v tistem času obstajale od MACS1423-z7p64 precej večje in tudi precej manjše galaksije. Do zdaj je astronomom uspelo najti le za prste ene roke zelo velikih, eno navadno (našo protagonistko) in nobene pritlikave. Logično je, da so posneli le največje, saj so tudi najsvetlejše. A za preučevanje tistega časa je to dejstvo težavno, saj se prek skrajnosti težko preučuje celota.

Primer: GN-z11, znana tudi kot najbolj oddaljena stvar, kar smo jih kadar koli videli, vsebuje že milijardo Sončevih mas, in to še precej bolj zgodaj (13,4 milijarde let nazaj). Kot taka "sploh ne bi smela obstajati", so se izrazili astronomi v času odkritja, in je težko primerljiva z običajnimi. "Večina objektov, ki smo jih našli na tej oddaljenosti, je skrajno svetlih in zelo redkih, posledično ne reprezentativnih za celotno populacijo," je prek Keckovega sporočila za javnost razložil Hoag.

Velika večina tedajšnjih galaksij je bila precej manjših, kažejo astrofizikalni modeli in meritve ultravijolične svetlobe iz tistega časa. MACS1423-z7p64 je prvi najdeni primerek manjše galaksije iz tistega časa. Dragocen je zato, ker bodo lahko prek njega sklepali na večino preostale populacije, je povedala Maruša Bradač. Obenem je tudi najtemnejša do zdaj zaznana in potrjena galaksija iz tistega časovnega obdobja.

In še zaradi enega razloga je pomembna: prav tip, ki ga predstavlja, naj bi bil odgovoren za to, da je vesolje postalo prosojno. Prav MACS1423-z7p64 in njej podobne "kolegice" so po vsej verjetnosti krivci, ki so razpihali meglo.

Krivci za reionizacijo
Vrnimo se za trenutek na časovno točko 380.000 let po velikem poku. Tedaj, kot rečeno, se je prajuha delcev ravno dovolj ohladila, da se fotoni niso več divje zaletavali v elektrone in proste protone, ki so švigali naokoli, temveč so dobili možnost daljših nemotenih poletov po prostoru. Prevladujočim vodikovim jedrom so se pridružili elektroni in vesolje je postalo en velik oblak vodikovega plina, začinjenega s helijem.

Paradoksalno se je s tem začelo obdobje teme. Plin zares ne sveti; zvezde svetijo, toda takrat jih še ni bilo. Prvih nekaj sto milijonov let ni bilo nobenih očitnih virov svetlobe, nobenih zvezd, nobenih galaksij, ki bi svetlobo oddajale. Obstajal je le večinoma neioniziran hladen plin ter veliko, veliko temne snovi. In ne le to: čeprav se je najstarejša svetloba poprej že odbila, sta v t. i. temnem veku neionizirana vodik in helij še vedno tako gosto prepredala vesolje, da sta privzeto zastirala lep del svetlobe.

Kar okoli 200 milijonov let je bilo potrebnih, da se je plin ponekod dovolj zgostil in zasvetil pod pritiskom težnosti. Takrat so zasijale prve zvezde in temni vek končale. A v primerjavi z vesoljem so bile zelo majhne, le luknjice v neskončni megli atomskega vodika.

Nekje 500 milijonov let po velikem poku se je zvezd in galaksij nabralo dovolj, da se je bitka z meglo začela zares. To je začetek obdobja reionizacije. Sveže nastajoče zvezde, navadno gigantske in divje "goreče" gmote, so z ultravijoličnim sevanjem obstreljevale gost plin takrat še dokaj majhnega vesolja in ga razpihovale. Sevanje je z atomov odbijalo elektrone, ostala so električno nabita jedra ali ioni (zato reionizacija).

Na začetku tega obdobja je bil oblak meglice naluknjan z drobcenimi luknjicami, kot sir livada, a sčasoma je postajal vse bolj podoben ementalcu, vse dokler 950 milijonov let po velikem poku vesolje ni postalo lepo prosojno.

Kvazarji, zvezde, velika in mala osvetja
Vprašanje je, kdo je zares opravil večino dela. Prvi osumljenci so bile takratne zvezde velikanke, ki so "gorele" divje, kratko in burno; pa velike in svetle galaksije, ki so jih do zdaj sicer odkrili le nekaj. A preučevanja in modeli so pokazali, da ta dva dejavnika nista proizvedla niti približno dovolj dolgotrajnega sevanja, da bi zadostilo reionizaciji - zgolj pet odstotkov. Tudi kvazarji, središča galaksij, kjer v črno luknjo padajoča snov močno sveti, niso bili dovolj.

Poglavitni krivec so morale biti manjše, a dovolj številčne galaksije, da so pregnale vseprisotno kopreno, so ocenili pri Nasi. In MACS1423-z7p64, časovno umeščen ravno na sredino reionizacije, je prvi odkriti, potrjeni primerek te populacije. Za to je bilo potrebnih sedem let pazljivih opazovanj in trdega dela, je poudarila Bradačeva, Hoagova mentorica pri doktorskem študiju.

Vsi komaj čakajo na Jamesa Webba
Še več ga čaka. Njena raziskovalna skupina ima že zagotovljenih 200 opazovalnih ur na prihajajočem vesoljskem teleskopu James Webb. Ta je pred kratkim prestal kopni test odpornosti proti tresljajem. V nebo bo izstreljen oktobra 2018 in še okoli pol leta bo potreboval za vse potrebne priprave v samem vesolju. Opazovanja se bodo tako začela spomladi leta 2019. "Seveda ta dogodek nestrpno pričakujemo. Prve prijave smo že poslali. Sama si od Webba veliko obetam, ker sem del ekipe, ki ima zagotovljen čas na tem teleskopu," je pojasnila Bradačeva. Predvidenih 200 ur bodo potrošili ravno za opazovanje prvih, gravitacijsko lečenih meglenic. Po 10 letih opazovanj s Keckom so jih odkrili prgišče, z Webbom pa si obeta vsaj 200 takšnih odkritij.
Webb bo specializiran za tiste valovne dolžine svetlobe, ki bodo omogočile prodiranje še globlje v prameglice vesolja. Videli naj bi še od 150 do 200 milijonov let dlje v preteklost kot s Hubblom.

Prgišče rekordov
"Prestol" najbolj oddaljene galaksije se je v zadnjih letih pogosto spreminjal. Še lani spomladi ga je zasedal z8_GND_5296. Maja ga je nadomestil EGS-zs8-1, katerega svetloba je do Zemlje potovala 13,04 milijarde svetlobnih let. Le tri mesece pozneje se je umaknil prej omenjeni galaksiji EGSY8p7, trenutno pa ga zaseda GN-z11. Seznam devetih najbolj oddaljenih si lahko ogledate v tej fotogaleriji. Najsvetlejša meglenica je tista, ki sveti kot 300 bilijonov Sonc.

Video 1: Simulacija reionizacije

Video 2: James Webb je prestal preizkus odpornosti na vibracije