Tegneserierepræsentation af inhomogene processer i reionisering.  Til højre er tidligere tider med mere neutral gas.  Svagere galakser har mindre bobler af ioniseret gas omkring sig og færre galaksehobe end de lysere galakser.  Lyman alfa-fotoner kan undslippe de større bobler.  Til venstre er observatøren, der kigger gennem det for det meste ioniserede nære (senere) univers.

Lyse galakser blæser sæbebobler | astrobitter

papir titel: CLEAR: Øget Lyα-transmission af det intergalaktiske medium i UV-lyse galakser

Forfattere: Intae Jung, Casey Papovich, Steven L Finkelstein, Raymond C Simons, Vicente Estrada-Carpenter, Bren E Backhaus, Nikko J Cleri, Kristian Finlator, Mauro Giavalisco, Zhiyuan Ji, Jasleen Matharu, Ivelina Momcheva, Amber N Straughn ., Jonathan R. Trump

Første forfatters institution: Astrophysics Science Department, Goddard Space Flight Center

Status: Første revision indsendt til ApJ [open access upon publication]

Nogle gange kan de ting, vi ikke ser, stadig give os indsigt. Denne strategi for at få spor fra både påvisninger og ikke-detekteringer er almindelig i astronomi, og ikke-detekteringerne i dagens papir bruges til bedre at forstå genioniseringsprocessen. Engang i løbet af universets første milliard år fandt en overgangsperiode, kaldet Reionization-epoken (EoR), sted, da de første stjerner og galakser dannedes og begyndte at udsende højenergilys, der ioniserede den dengang overvejende neutrale brintgas, der fyldte dem i universet. Ioniserende stråling kan slå elektroner væk fra neutrale brintatomer, og i EoR skete dette nok til næsten fuldstændig at ionisere universets gas.

En thriller

Tidlige galakser er en vigtig kilde til ioniserende fotoner og måske de vigtigste drivkræfter i denne ioniseringsproces; Egenskaber ved tidlige galakser og hvordan de udviklede sig i løbet af de første milliard år har store konsekvenser for processer inden for EoR. Men at forstå, hvor mange fotoner der produceres, og om de derefter formår at undslippe deres galakser og ionisere den neutrale gas omkring dem, afhænger i høj grad af de fysiske forhold i hver galakse og er derfor vanskelig at begrænse og forudsige. Disse udfordringer fører til yderligere udfordringer med at bestemme præcis, hvornår og hvor reionisering fandt sted, og hvilke typer af galakser der var primært ansvarlige.

At spore størrelsen af ​​emissionen fra Lyman-alfa-overgangen (n=2 til n=1) af brint fra tidlige galakser kan give os en fornemmelse af hvor og hvem: hvilke typer galakser producerer flere ioniserende fotoner, og er de klynget sammen eller distribueret? Dette spørgsmål svarer til den rumlige udvikling af reionisering. Ved at spore, hvilken fraktion der er blevet ioniseret over tid, kan udviklingen af ​​reionisering over tid også begrænses.

Dagens papir forsøger at komme til bunds i reioniseringsmysteriet med fokus på galakser i EoR. Mere specifikt sigter de på at skelne mellem lysere og svagere galakser, især i det ultraviolette (UV) område, hvor fotoner er høje nok til at ionisere brint. Ved at bestemme tendenser mellem en galakses evne til at udsende ioniserende fotoner og reionisering i dens nærhed, kan de teste ideen om, at UV-lyse galakser findes i stærkt ioniserede gasbobler, og at reionisering sker i disse overtætte områder af galakser i boblerne accelereres (vist i figur 1).

Illustration 1. Skildring af de forskellige processer under reionisering, hvor de UV-lysere galakser (større symboler) sidder i større ioniserede bobler (sorte) i den neutrale gas (hvid). De ioniserede bobler skaber et miljø, hvor Lyman alfa-fotonerne kan undslippe og lettere ionisere den omgivende gas. Andre svage UV-galakser findes sandsynligvis i galakseoverdensiteterne i boblerne, men de er for svage til at blive opdaget med det aktuelle datasæt. Figur 5 i papiret.

Ulige ækvivalente bredder

Artiklen forsøger at besvare et nøglespørgsmål: er der en udvikling af Lyman-alfa-emission i EoR-galakser med hensyn til disse galaksers UV-lysstyrke? For at besvare dette måler de styrken af ​​Lyman-alfa-emissionen, af en størrelsesorden kaldet den ækvivalente bredde, som en funktion af både rødforskydning og iboende UV-lysstyrke. I deres prøve havde de et par hundrede galakser med detaljerede spektroskopiske observationer, og dette papir præsenterer nye data fra Hubble rumteleskop. Ved hjælp af disse data søgte holdet efter signaler (kontinuum) eller Lyman-alpha-emissionslinjer og fandt ingen overbevisende Lyman-alpha-emission eller kontinuum-detekterede galakser inden for spektrene.

Alligevel kan disse ikke-detekteringer hjælpe med at begrænse styrken af ​​Lyman-alfa-emissionen, der kommer fra galakserne. Logikken er, at hvis der ikke er nogen rødforskydning af samme breddegrad før og efter den nærmeste ende af EoR (rødforskydning z ~ 6), kunne de (eller endda burde) have opdaget noget i følsomheden af ​​deres observationer. Dette udelukker grundlæggende eksistensen af ​​stærk Lyman-alfa-emission (med andre ord høje ækvivalente breddegrader) i denne prøve, som indeholdt flere UV-svage galakser end dens tidligere opdagede prøve.

Ved at sammenligne de opdagede og uopdagede kilder og køre nogle simuleringer af falske observationer, finder forfatterne nogle beviser for en differentieret udvikling af Lyman-alfa-emissionslinjens styrke mellem lyse og svage galakser gennem EoR. Deres analyse er i overensstemmelse med et billede, hvor reionisering er rumligt inhomogen, med store ioniserede bobler produceret af lyse galakser, der har forbedret Lyman-alfa-transmission (figur 1). De bemærker, at reionisering sandsynligvis vil være ret kompliceret med store rumlige og tidsmæssige variationer og komplekse og variable processer. Selvom vi kan lære noget af det, vi ikke ser, virker nuet JWST og andre næste generations teleskoper vil være følsomme over for svagere fjerne galakser, hvilket muliggør påvisning og får et klarere billede af EoR.

Astrobite redigeret af Evan Lewis

Valgt billedkilde: DepositPhotos (bobler) & NASA, ESA, J Lotz og HFF-teamet på STSci (galaksehobe)

Om Olivia Cooper

Jeg er en andenårs kandidatstuderende ved UT Austin, der studerer det skjulte tidlige univers, specifikt dannelsen og udviklingen af ​​støvede stjernedannende galakser. Som bachelorstuderende på Smith College tog jeg hovedfag i astrofysik og kommunikation om klimaændringer. Udover at lave videnskab med smukke billeder af fjerne galakser, elsker jeg også at tage til midten af ​​ingenting for at tage smukke billeder af vores egen galakse!

Leave a Comment

Your email address will not be published.