Opdagelse af en lysende galakse, der reioniserer det lokale intergalaktiske medium for 13 milliarder år siden

Astronomer har opdaget en lysende galakse fanget i færd med at reionisere sin omgivende gas kun 800 millioner år efter Big Bang. Forskningen, ledet af Romain Meyer, Ph.D. studerende ved UCL i London, Storbritannien, er blevet præsenteret i dag på det virtuelle årlige møde i European Astronomical Society (EAS).

At studere de første galakser, der blev dannet for 13 milliarder år siden, er afgørende for at forstå vores kosmiske oprindelse. Et af de aktuelle varme emner inden for ekstragalaktisk astronomi er 'kosmisk reionisering', processen, hvor den intergalaktiske gas blev ioniseret (atomer strippet for deres elektroner). Kosmisk reionisering ligner et uopklaret mord:vi har klare beviser for det, men hvem gjorde det hvordan og hvornår? Vi har nu stærke beviser for, at brintgenionisering blev afsluttet for omkring 13 milliarder år siden, i universets første milliard år, med bobler af ioniseret gas, der langsomt vokser og overlapper hinanden. Objekterne, der er i stand til at skabe sådanne ioniserede brintbobler, er dog forblevet mystiske indtil nu:opdagelsen af ​​en lysende galakse, hvor 60-100% af ioniserende fotoner undslipper, er sandsynligvis ansvarlig for at ionisere sin lokale boble. Det tyder på, at sagen er tættere på at blive løst.

De to hovedmistænkte for kosmisk reionisering er normalt 1) en population af adskillige svage galakser, der lækker ~10% af deres energiske fotoner, og 2) et 'oligarki' af lysende galakser med en meget større procentdel (> 50 %) af fotoner, der undslipper hver galakse. I begge tilfælde, disse første galakser var meget forskellige fra dem i dag:galakser i det lokale univers er meget ineffektive lækkere, kun med <2-3% af ioniserende fotoner undslipper deres vært. For at forstå hvilke galakser der styrede kosmisk reionisering, astronomer skal måle de såkaldte flugtfraktioner af galakser i reioniseringstiden.

Påvisningen af ​​lys fra exciterede brintatomer (den såkaldte Lyman-alfa-linje) kan bruges til at udlede andelen af ​​undslippende fotoner. På den ene side, sådanne påvisninger er sjældne, fordi reioniseringstidens galakser er omgivet af neutral gas, som absorberer denne karakteristiske brint-emission. På den anden side, hvis dette brintsignal detekteres, repræsenterer det en 'rygende pistol' for en stor ioniseret boble, hvilket betyder, at vi har fanget en galakse, der reioniserer sine omgivelser. Størrelsen af ​​boblen og galaksens lysstyrke afgør, om den alene er ansvarlig for at skabe denne ioniserede boble, eller om usete medskyldige er nødvendige.

Opdagelsen af ​​en lysende galakse 800 millioner år efter Big Bang understøtter scenariet, hvor et 'oligarki' af lyse lækager udsender de fleste af de ioniserende fotoner. "Det er første gang, vi kan pege på et objekt, der er ansvarligt for at skabe en ioniseret boble, uden behov for et bidrag fra usete galakser, " kommenterer Meyer. "Yderligere observationer med det kommende James Webb-rumteleskop vil gøre os i stand til at studere yderligere, hvad der sandsynligvis er en af ​​de bedste mistænkte for det uløste tilfælde af kosmisk reionisering."