På nästan tidens början var universum inneslutet i mörker. Sedan producerade tidiga galaxer ljusa, heta stjärnor som läckte genialt ljus intergalaktiskt utrymme genom små kanaler och gjorde universum transparent.
Det är slutsatsen från underbara nya "spegel" -bilder som tagits av en avlägsen galax känd som Sunburst Arc. När universum bara var ett barn bestod det av heta, men snabbt kylande partiklar. När universum svalnat tillräckligt, kombinerades protoner och elektroner för att bilda neutralt väte, som täckte universumet i mörker, vilket gjorde det obemärkt i det elektromagnetiska spektrumet, enligt MIT: s Haystack-observatorium. Under denna period, känd som de mörka åldrarna, absorberades all strålning som släppts ut av vätgas.
Sedan, en miljard miljarder år efter Big Bang, under "Epok of Reionization", joniserade en massiv energi energi gasen, slog elektroner av väteatomerna och skapade plasma. Denna jonisering skedde tack vare energiskt ultraviolett ljus som "troligen kom från mycket unga, mycket ljusa, mycket heta och också mycket kortlivade stjärnor i de första galaxerna," säger huvudförfattaren Thøger Emil Rivera-Thorsen, en postdoktor vid universitetet av Oslo i Norge. Men det är oklart hur exakt denna joniseringshändelse hände.
För att räkna ut det vred forskarna sig till en galax som kallas "Sunburst Arc" som ligger cirka 11 miljarder ljusår bort (även om det är svårt att veta exakt hur långt det är i ett expanderande universum.) Sunburst Arc är inte riktigt tillräckligt gammal för att vara en av de tidiga galaxerna som återjoniserade universum, men det är tillräckligt gammalt för att kunna lära forskarna något om processen, sa Rivera-Thorsen.
I en tidigare studie såg Rivera-Thorsen och hans team på ljussignaler från Sunburst Arc. Några tips antydde att joniserande ljus flydde från dessa tidiga galaxer genom några smala kanaler, eller hål i ett annars opak hölje som täcker galaxen. "Men vi kan inte säga att vi har hittat detta förrän vi faktiskt har observerat det direkt," sa Rivera-Thorsen till Live Science.
Så forskarna föreslog att detektera dessa hål med hjälp av Hubble Space Telescope och "lo och se, det fungerade", sa Rivera-Thorsen. Sunburst Arc är placerat på ett sätt som gör det enkelt för Hubble att se. Ett ingripande kluster av galaxer fungerar som ett kosmiskt mikroskop och böjer och förstorar ljuset från Sunburst Arc - vilket annars skulle vara för svagt att se - så att Hubble kan plocka upp det i en serie bilder. Denna effekt, kallad "gravitationslinsning", förutsades av Einsteins teori om allmän relativitet och är särskilt stark i detta fall, vilket leder till 12 duplicerade bilder av galaxen.
Vissa av dessa bilder togs i det nonjoniserande, synliga ljusspektrumet och andra togs i det joniserande ljusspektrumet. För det joniserande ljuset, "i princip allt du kan se är en liten punkt och annars finns det ingenting", sa han. "Det tror jag var en mycket vacker bekräftelse på vår hypotes - att detta är som ett hål i en annars helt icke-genomskinlig, gasbelagd galax."
Flera faktorer var tvungna att ställa in för forskarna för att se denna effekt, och så, "vi har varit otroligt lyckliga med att hitta den här saken," sa Rivera-Thorsen. Till exempel fångade Hubble-bilderna alla "saftiga bitar" i galaxen, inklusive de platser där det joniserande ljuset undkom. Det är inte klart varför eller hur dessa smala kanaler bildades i första hand.
Dessutom, i de mer moderna galaxerna "ser vi inte riktigt mycket av denna joniserande strålning, vi ser lite här och där," tillade han. "Så något med de fysiska egenskaperna för dessa galaxer måste ha förändrats ganska dramatiskt mellan tiden cirka 1 miljard år efter Big Bang när universumet återiniserades." I framtida arbete vill Rivera-Thorsen och hans team ta reda på hur galaxer har förändrats sedan Big Bangs tid.
"Beviset för att rymma joniserande strålning är tvingande," sade Yuri Izotov, en astronom vid Main Astronomical Observatory i Ukraina, som inte ingick i studien. Deras fynd är viktiga för att förstå hur ljuset läcker igenom från stjärnbildande galaxer, och deras tolkning att ljuset läcker genom hål i galaxen "ser rimlig ut", sa Izotov till Live Science.
Brian Keating, professor i fysik vid University of California i San Diego, som inte var inblandad i arbetet, håller med. "Källorna som genererade universumets första joniserande fotoner har länge täckts av mysterium", berättade Keating för Live Science. "Deras arbete ger lovande ny insikt om de obestridliga föremål som tros vara de främsta drivkrafterna för epokens återförening."
Resultaten publicerades den 7 november i tidskriften Science.
