Omkring 400 000 år efter Big Bang var kosmos en mycket mörk plats. Glödet från universums explosiva födelse hade svalnat och rymden fylldes med tät gas — mestadels väte — utan ljuskällor.
Långsamt, under hundratals miljoner år, drogs gasen till klumpar av tyngdkraften, och så småningom blev klumparna tillräckligt stora för att antändas. Dessa var de första stjärnorna.
Först färdades deras ljus inte långt, eftersom mycket av det absorberades av en dimma av vätgas. Men när fler och fler stjärnor bildades producerade de tillräckligt med ljus för att bränna bort dimman genom att "återjonisera" gasen – vilket skapade det genomskinliga universum prickat med lysande ljuspunkter som vi ser idag.
Men exakt vilka stjärnor producerade ljuset som avslutade den mörka medeltiden och utlöste denna så kallade "återjoniseringsepok"? I forskning publicerad i Nature använde vi ett gigantiskt kluster av galaxer som ett förstoringsglas för att titta på svaga reliker från denna tid – och upptäckte att stjärnor i små, svaga dvärggalaxer troligen var ansvariga för denna omvandling i kosmisk skala.
De flesta astronomer var redan överens om att galaxer var huvudkraften i att återjonisera universum, men det var inte klart hur de gjorde det. Vi vet att stjärnor i galaxer borde göra många joniserande fotoner, men dessa fotoner behöver fly från dammet och gasen inuti sin egen galax för att jonisera väte i utrymmet mellan galaxerna.
Det har inte varit klart vilken typ av galaxer som skulle kunna producera och avge tillräckligt många fotoner för att få jobbet gjort. (Och det finns faktiskt de som tror att mer exotiska föremål som stora svarta hål kan ha varit ansvariga.)
Det finns två läger bland anhängare av galaxteorin.
Den första tror att enorma, massiva galaxer producerade de joniserande fotonerna. Det fanns inte många av dessa galaxer i det tidiga universum, men var och en producerade mycket ljus. Så om en viss bråkdel av det ljuset lyckades fly, kan det ha varit tillräckligt för att återjonisera universum.
Det andra lägret tror att vi är bättre av att ignorera jättegalaxerna och fokusera på det enorma antalet mycket mindre galaxer i det tidiga universum. Var och en av dessa skulle ha producerat mycket mindre joniserande ljus, men med tyngden av deras antal kunde de ha drivit återjoniseringens epok.
Ett förstoringsglas 4 miljoner ljusår brett
Att försöka titta på vad som helst i det tidiga universum är väldigt svårt. De massiva galaxerna är sällsynta, så de är svåra att hitta. Mindre galaxer är vanligare, men de är mycket svaga, vilket gör det svårt (och dyrt) att få data av hög kvalitet.
Vi ville se några av de svagaste galaxerna runt omkring, så vi använde en stor grupp galaxer som heter Pandoras kluster som förstoringsglas. Den enorma massan av klustret förvränger rum och tid och förstärker ljuset från föremål bakom det.
Som en del av UNCOVER-programmet använde vi rymdteleskopet James Webb för att titta på förstorade infraröda bilder av svaga galaxer bakom Pandoras kluster.
Vi tittade först på många olika galaxer och valde sedan några särskilt avlägsna (och därför urgamla) galaxer att undersöka närmare. (Denna typ av närmare undersökning är dyr, så vi kunde bara titta på åtta galaxer mer i detalj.)
Vi valde några källor som var runt 0,5 % av ljusstyrkan i vår Vintergatans galax vid den tiden, och kontrollerade dem med avseende på det avslöjade ljuset från joniserat väte. Dessa galaxer är så svaga att de bara var synliga överhuvudtaget tack vare den förstorande effekten av Pandoras kluster.
Våra observationer bekräftade att dessa små galaxer fanns i det mycket tidiga universum. Dessutom bekräftade vi att de producerade ungefär fyra gånger så mycket joniserande ljus som vi skulle betrakta som "normalt". Detta är i den högsta delen av vad vi hade förutspått, baserat på vår förståelse av hur tidiga stjärnor bildades.
Eftersom dessa galaxer producerade så mycket joniserande ljus, skulle bara en liten bråkdel av det ha behövt fly för att återjonisera universum.
Tidigare hade vi trott att cirka 20 % av alla joniserande fotoner skulle behöva fly från dessa mindre galaxer om de skulle vara den dominerande bidragsgivaren till återjonisering. Våra nya data tyder på att till och med 5 % skulle vara tillräckligt – vilket är ungefär den andel joniserande fotoner vi ser fly från moderna galaxer.
Så nu kan vi med tillförsikt säga att dessa mindre galaxer kunde ha spelat en mycket stor roll i återjoniseringens epok. Men vår studie baserades bara på åtta galaxer, alla nära en enda siktlinje. För att bekräfta våra resultat måste vi titta på olika delar av himlen.
Vi har nya observationer planerade som kommer att rikta in sig på andra stora galaxhopar någon annanstans i universum för att hitta ännu mer förstorade, svaga galaxer att testa. Om allt går bra kommer vi att ha några svar om några år.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
