Fjerne galakser løfter sløret i slutningen af ​​den kosmiske mørke middelalder

Astronomer, der studerer det fjerne univers, har fundet ud af, at der var mange små stjernedannende galakser, da universet kun var 800 millioner år gammelt, nogle få procent af sin nuværende alder. Resultaterne tyder på, at de tidligste galakser, som oplyste og ioniserede universet, dannet på endnu tidligere tider.

Lang tid siden, omkring 300, 000 år efter universets begyndelse (Big Bang), universet var mørkt. Der var endnu ingen stjerner og galakser, og universet var fyldt med neutral brintgas. På et tidspunkt dukkede de første galakser op, og deres energiske stråling ioniserede deres omgivelser, den intergalaktiske gas, oplyser og transformerer universet.

Mens denne dramatiske transformation vides at have fundet sted engang i intervallet mellem 300 millioner år og 1 milliard år efter Big Bang, at bestemme, hvornår de første galakser dannes, er en udfordring. Den intergalaktiske gas, som i starten er neutral, absorberer og spreder kraftigt det ultraviolette lys, der udsendes af galakserne, gør dem svære at opdage.

At være opmærksom på, hvornår forvandlingen fandt sted, astronomer tager en indirekte tilgang. Ved at bruge demografien af ​​små stjernedannende galakser til at bestemme, hvornår den intergalaktiske gas blev ioniseret, de kan udlede, hvornår de ioniserende kilder, de første galakser, dannet. Hvis stjernedannende galakser, som lyser i lyset af brint Lyman alfa-linjen, er omgivet af neutral brintgas, Lyman alfa-fotonerne er let spredte, meget som forlygter i tåge, skjuler galakserne. Når gassen er ioniseret, tågen løfter sig, og galakserne er nemmere at opdage.

En ny undersøgelse, der tager denne tilgang, har opdaget 23 kandidat Lyman alfa-emitterende galakser (LAE'er), der var til stede 800 millioner år efter Big Bang (ved en rødforskydning på z~7), den største prøve fundet til dato på den epoke. Studiet, "Lyman-Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization" (LAGER), blev udført af et internationalt hold af astronomer fra Kina, USA, og Chile ved hjælp af Dark Energy Camera (DECam) på CTIO 4-m Blanco-teleskopet.

Mens undersøgelsen opdagede mange LAE'er, den fandt også, at LAE'er var 4 gange mindre almindelige ved 800 millioner år, end de var kort tid senere, ved 1 milliard år (ved en rødforskydning på z~5,7). Resultaterne antyder, at processen med at ionisere universet begyndte tidligt og stadig var ufuldstændig efter 800 millioner år, med den intergalaktiske gas omkring halvt neutral og halvt ioniseret i den epoke. Den lave forekomst af LAE'er efter 800 millioner år skyldes undertrykkelsen af ​​deres Lyman-alfa-emission af neutral intergalaktisk gas.

Undersøgelsen viser, at "tågen allerede lettede, da universet var 5% af sin nuværende alder", forklarede Sangeeta Malhotra (Goddard Space Flight Center og Arizona State University), en af ​​undersøgelsens medledere.

Junxian Wang (USTC), arrangøren af ​​undersøgelsen, yderligere forklaret, "Vores opdagelse af, at den intergalaktiske gas er 50 % ioniseret ved z ~ 7, indebærer, at en stor del af de første galakser, der ioniserede og oplyste universet, blev dannet tidligt, mindre end 800 millioner år efter Big Bang."

For Zhenya Zheng (Shanghai Astronomical Observatory, CAS), hovedforfatteren af ​​papiret, der beskriver disse resultater, "800 millioner år er den nuværende grænse inden for reioniseringsstudier." Mens hundredvis af LAE'er er blevet fundet i senere epoker, kun omkring to dusin kandidat-LAE'er var kendt 800 millioner år før den nuværende undersøgelse. De nye resultater øger dramatisk antallet af LAE'er kendt i denne epoke.

"Ingen af ​​denne videnskab ville have været mulig uden DECam's brede kapacitet og dets fællesskabspipeline til datareduktion, " bemærkede medforfatter James Rhoads. "Disse muligheder muliggør effektive undersøgelser og dermed opdagelsen af ​​svage galakser såvel som sjældne, lyse."

For at bygge videre på disse resultater, holdet "fortsætter søgen efter fjerne stjernedannende galakser over et større volumen af ​​universet", sagde Leopoldo Infante (Pontificia Catolica University of Chile og Carnegie Institution for Science), "at studere klyngning af LAE'er." Clustering giver unik indsigt i, hvordan tågen letter. Holdet undersøger også arten af ​​disse fjerne galakser.