Kamp for at undslippe fjerne galakser skaber kæmpe glorier af spredte fotoner

Astronomer ledet af David Sobral og Jorryt Matthee, af universiteterne i Lancaster i Storbritannien og Leiden i Holland har opdaget gigantiske glorier omkring galakser fra tidlige Mælkevejen, lavet af fotoner (elementære lyspartikler), der har kæmpet for at undslippe dem. Holdet rapporterer sine resultater i journalen Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

For at forstå, hvordan vores egen Mælkevejs galakse dannede og udviklede sig, astronomer er afhængige af at observere fjerne galakser. Da deres lys tager milliarder af år at nå os, teleskoper kan bruges som tidsmaskiner, så længe vi har en klar indikator til at fastslå afstanden til de objekter, der observeres. Som med tættere galakser, stjerner og planeter, astronomer bruger teknikken til spektroskopi til at analysere deres lys, spreder det til et spektrum.

Forskere leder derefter efter karakteristiske træk (spektrale linjer), der fortæller dem om egenskaber, herunder sammensætningen, temperatur og bevægelse af objektet. Med de fjerneste galakser, kun en spektral funktion skiller sig typisk ud, den såkaldte Lyman-alfa-linje forbundet med hydrogengas.

Jorryt Matthee kommenterer:"Nyfødte stjerner i meget fjerne galakser er varme nok til at bryde brint fra hinanden i omgivende gasskyer, som derefter skinner klart i Lyman-alfa-lys, i teorien de stærkeste sådanne funktioner, der kan ses i en fjern galakse. Men i praksis, Lyman-alfa-fotoner kæmper for at undslippe galakser som gas- og støvblok og afviger deres rejseveje, gør det til en kompleks proces at forstå. "

Ved hjælp af Isaac Newton Telescope (INT) på La Palma på De Kanariske Øer, astronomer udviklede et unikt eksperiment for at studere næsten 1000 fjerne galakser. De undersøgte himlen ved hjælp af Wide Field Camera og specialfremstillede filtre, for at måle, hvor Lyman-alpha produceres, hvor meget af det er der, og hvor det kommer ud af galakser.

David Sobral siger:"Vi har brugt snesevis af dedikerede nætter på INT til at forstå, hvordan Lyman-alpha-fotoner undslipper, og fra hvilke galakser. Vi kiggede 11 milliarder år tilbage i tiden, i det væsentlige grænsen for, hvor vi kan identificere fjerne galakser og studere dem i detaljer. Mest vigtigt, vi var i stand til præcist at forudsige, hvor mange Lyman-alfa-fotoner der effektivt blev produceret i hver galakse, og hvor dette skete. Derefter sammenlignede vi dem med dem, der faktisk når INT. "

Resultaterne viser, at kun 1-2% af disse fotoner flygter fra galaksernes centre som Mælkevejen. Selvom vi står for alle fotoner i stor afstand fra centrum, færre end 10% flygter.

"Galakser, der danner stjerner i det fjerne univers, ser ud til at være omgivet af et imponerende stort, svag glorie af Lyman-alfa-fotoner, der måtte rejse i hundredtusinder af lysår i en næsten uendelig række absorptions- og reemissionshændelser, indtil de endelig var fri. Vi er nu nødt til at forstå præcis, hvordan og hvorfor det sker ", tilføjer Sobral.

Da James Webb -rumteleskopet begyndte at fungere i 2018, astronomer forventer at kunne se endnu længere tilbage i tiden, åbner et nyt vindue om de første galakser og stjerner. At studere, hvordan flugtfraktionen udvikler sig over tid, kan fortælle os om den slags stjerner, der producerer disse fotoner, og egenskaberne af interstellar og intergalaktisk gas.