극초기 우주, 암흑시대와 거대구조의 출현

극초기 우주

극초기의 우주는 우주시 첫 번째 피코초이다. 피코초는 현재 확실시된 물리적 법칙이 적용되지 않는 플랑크 시대가 적용되어 있으며 네 가지 형태의 기본적 상호작용 또는 힘의 적용 단계에서 중력, 전자기, 강력, 약력등이 있다. 우주의 급팽창으로 인해 우주 자체의 팽창과 뜨거운 우주의 과냉각 상태이다. 이 단계에서 우주의 작은 물결은 향후 거대구조의 기초로 형성이 된다. 극초기 우주의 여러 가지 단계는 다른 정도로서 이해가 된다. 입자물리학에서는 극초기 우주의 실제 실험 범위를 벗어났지만 다른 수단으로써 탐색이 가능하다. 향후 초기우주는 37만 년간 지속되었으며 아원자 입자가 점진적으로 형성된다., 이러한 입자는 대다수 같은 양의 물질과 반물질이 포함되어 있어 대부분 빠르게 소멸이 되어 우주에 소량 물질만 남기게 된다. 1초에 중성미자 분리가 되며 우주 중성미자 배경을 형성하게 된다. 원시 상태의 블랙홀이 존재한다면 우주시 1초에 형성이 디는 꼴이다. 양성자와 중성자를 포함하여 합성된 아원자 입자가 등장하게 되며 향후 핵합성에 적절한 조건이 된다. 향후 우주는 핵융합을 할 수 있을 정도로 뜨겁진 않지만 원자가 존재하거나 광자가 멀리 여행하기에는 부적절한 온도로 형성된다. 불투명한 플라스마라고 일컫는다. 전자가 헬륨 핵과 결합된 재결합 시대가 1만 8천 년에 시작된다. 우주가 냉각됨에 따라 우주의 거동은 복사보다는 물질적 지배가 이루어진다. 향후 10만 년 뒤 중성 헬륨의 원자가 형성된 후 헬륨 수소하물은 첫 분자로서 등장한다. 향후 37만 년 뒤 중서 수소 원자들이 형성을 마치고 나서 우주는 최초로 투명상태가 된다. 새로이 형성된 원자는 광자를 방출하여 가장 낮은 상태에 도달하며 이러한 광자는 향후 여전히 우주 마이크로파 배경으로 감지된다. 이는 현재 우리가 우주에 관해 가지고 있는 가장 오래된 관측을 말한다.

암흑시대와 거대구조의 출현

재결합 및 광자가 분리된 후 우주는 투명한상태를 유지하였지만 수소 구름은 아주 천천히 붕괴되었으며 향후 별과 은하를 형성할 뿐 새로운 광원이 없었다. 우주의 유일 광자인 분리 중 방출되는 광자와 수소 원자에서 방출되는 전파 방출이었다. 분리 광자는 최초 밝고 옅은 빛을 띠는 주황색으로 우주를 채웠을 것이며 300만 년 뒤에는 점차 보이지 않는 파장으로서 적색으로 변경되어 가시광선이 존재하지 않는 상태로서 남을 것이다. 이러한 기간은 우주의 암흑시대라고 한다. 어느 시점 초기 세대의 항성과 은하가 형성되는 우주 전체에 이미 뭉쳐지기 시작한 거품과 같은 암흑물질 은하필라멘트에 이끌려서 초기 거대구조가 조금씩 나타나기 시작한다. 거대구조가 출현하기 시작한 것이다. 초기 세대 항성은 아직 천문학적으로 관찰되지 않았다. 그것들은 거대하고 비금속성일지 모르며 오늘날 우리가 관측하고 있는 대다수 항성에 비해 수명이 아주 짧아 일반적으로 수소 연료를 모두 태우며 수백만 년 후 활기찬 초신성으로 폭발하게 된다. 또 다른 이론에 따르면 작은 항성이 포함되었을 수 있으며 일부는 오늘날 여전히 타오르고 있다고 한다. 하지만 어느 쪽이든지 초기 세대 초신성은 오늘날 우리 주변에 관찰할 수 있는 대부분의 원소를 생성해 냈으며 우주에 이들이 퍼져있게 된다. 은하단과 초은하단은 시간이 흐름에 따라 나타나게 되는데 어떠한 시점에 가장 초기 항성인 왜소 은하와 케이스 고에너지 광자는 점진적으로 시작되어 재전리 기간을 이끈다. 우주는 점차 우리 주변에 볼 수 있는 우주로 변했으며 암흑시대는 10억 년 경 완전히 종료된다. 초기 항성은 관찰되지 않았으나 일부 은하는 우주시 4억 년 전부터 관측된다. 이들은 현재 항성과 은하에 대해 초기 관측인 것이다. 2021년 제임스웹우주망원경은 최초의 은하와 초기항성을 관측하기에 충분했다.