4.6K
Хотя Вселенная началась с Большого Взрыва, она быстро превратилась в относительно прохладное, темное место. После нескольких сотен тысяч лет свет вернулся во Вселенную, и ученые до сих пор пытаются выяснить, почему.
Астрономы знают, что реионизация создала Вселенную прозрачной, позволяя свету далеких галактик путешествовать через космос почти свободно. Тем не менее, астрономы не до конца понимают скорость побега ионизирующих фотонов из ранних галактик. Этот показатель выхода является решающим, но все еще слабо определенным, то есть в разработанных моделях существует широкий диапазон его верхних и нижних пределов.
Это связано с тем, что астрономы были ограничены косвенными методами наблюдения ионизирующего излучения, то есть они видят только несколько пикселей объекта, а затем делают предположения о его невидимых аспектах. Непосредственное наблюдение такой галактики с помощью телескопа, обеспечило бы гораздо более точную оценку скорости убегания фотонов.
Группа исследователей под руководством Университета Калифорнии в Риверсайде (США) использовала метод прямого наблюдения и обнаружила, что ранее рассчитанные пределы завышены в пять раз. Статья представлена в журнале в Astrophysical Journal.
В значительной степени трудно понять свойства ранней Вселенной, поскольку прошло более 12 миллиардов лет. Известно, что спустя 380 тысяч лет после Большого Взрыва электроны и протоны впервые соединились друг с другом и образовали атомы водорода. До сих пор они составляют более 90% атомов во Вселенной, очень эффективно поглощают фотоны высокой энергии и ионизируются.
Тем не менее, для ионизации этих атомов в ранней Вселенной было очень мало источников. Спустя один миллиард лет после Большого Взрыва межгалактический материал реионизировался и стал прозрачным. Широко распространено мнение, что основным источником энергии реионизации стали массивные звезды, сформированные в ранних галактиках. Они имели короткий срок жизни и, как правило, рождались из плотных облаков газа, что мешало ионизирующему излучению покинуть пределы галактики. Предыдущие исследования показали, что около 20% ионизирующих фотонов должны были покинуть плотную газовую среду своих галактик, чтобы внести существенный вклад в реионизацию межгалактического материала.
К сожалению, прямое обнаружение этих ионизирующих фотонов является весьма сложной задачей, и предыдущие попытки были не очень успешными. Таким образом, механизмы, приводящие к их побегу, плохо изучены.Многие астрофизики были вынуждены использовать косвенные методы для оценки доли ионизирующих фотонов, которые ускользали из галактик. Наиболее популярный метод предполагает, что газ распределен неоднородно. Пространство внутри галактик состоит одновременно из регионов с малым количеством газа, прозрачных для ионизирующего света, а также непрозрачных областей плотного газа. Исследователи могут определить долю каждой из этих областей, изучая спектры излучений, испускаемых галактиками.
В этом новом исследовании, астрономы непосредственно измерили долю ионизирующих фотонов, вылетающих из «космической подковы», далекой гравитационно линзируемой галактики. Гравитационное линзирование является деформацией и усилением фонового объекта за счет искривления пространства массивной галактикой переднего плана. Детали фоновой галактики, таким образом, увеличиваются, что позволяет исследователям более четко изучить ее физические свойства.
Ранее модели предполагали, что доля покидающих «подкову» ионизирующих фотонов должна составлять 40%. Поэтому «космическая подкова» представляет собой идеальную возможность впервые получить ясную картину утечки ионизирующих фотонов, чтобы помочь понять механизмы, с помощью которых они покидают галактику.
Исследовательская группа получила глубокое изображение «подковы» с помощью ультрафиолетового фильтра космического телескопа «Hubble», что позволяет непосредственно обнаруживать вылетающие ионизирующие фотоны. Удивительно, но изображение не обнаружило предсказанную долю фотонов, ограничив долю побега до 8%, то есть в пять раз меньше, чем то, что было выведено с помощью косвенных методов.
«В исследовании делается вывод о том, что ранее определенная доля ионизирующего излучения по оценкам самых популярных косвенных методов завышена для многих галактик. Теперь мы сосредоточились на прямом определении доли покидающих галактики ионизирующих фотонов, которые не зависят от косвенных оценок», – сказал Брайан Сиана, соавтор научно-исследовательской работы и доцент Университета Калифорнии в Риверсайде.