Ученые: что ионизировало вселенную

Новое исследование использовало спектры 140 послесвечений GRB для того, чтобы оценить количество ионизирующего излучения.

Разреженно распределенный горячий газ, который существует в межгалактическом пространстве между галактиками, ионизируется. Вопрос в том, как? Астрономы знают, что как только ранняя Вселенная достаточно расширилась и остыла, водород (его основная составляющая) рекомбинировался в нейтральные атомы. Затем, когда вновь образовавшиеся массивные звезды начали светить в так называемую «эру реионизации», их экстремальное ультрафиолетовое излучение предположительно ионизировало газ в процессах, которые продолжаются и сегодня.

Однако один из ключевых шагов не совсем понятен, а именно степень, в которой звездное ионизирующее излучение выходит из галактик в IGM. Только в том случае, если в эпоху реионизации выходящая фракция была достаточно высокой, звездный свет мог выполнить эту работу, в противном случае требуется какой-то другой значительный источник ионизирующего излучения. Это может означать существование значительной популяции более экзотических объектов, таких как слабые квазары, рентгеновские двойные звезды или, возможно, даже распадающиеся/аннигилирующие частицы.

Прямые исследования экстремального ультрафиолетового света затруднены, потому что нейтральный газ поглощает его очень сильно. Поскольку Вселенная расширяется, поглощенный спектр охватывает все больше и больше оптического диапазона с расстоянием до тех пор, пока оптические наблюдения космологически удаленных галактик по существу невозможны.

Астрономы поставили задачей оценить количество поглощающего газа, глядя на спектры гамма-всплесков (GRB) послесвечения. GRBs - это очень яркие всплески излучения, возникающие при коллапсе ядра массивной звезды. Их характеристики могут быть измерены и использованы для расчета количества поглощающих атомов водорода.

Затем это число может быть непосредственно преобразовано в escape-фракцию для ультрафиолетового света соответствующей галактики. Хотя одно наблюдение GRB в одной галактике не обеспечивает надежной меры, считается, что выборка GRB может обеспечить репрезентативную меру по всем линиям зрения для массивных звезд.

Астрономы тщательно измерили спектры 140 GRB-послесвечений в галактиках, расположенных на расстоянии эпох чуть менее миллиарда лет после Большого взрыва. Они находят удивительно малую долю выхода - менее 1% ионизирующих фотонов попадают в межгалактическую среду.

Результат показывает, что звезды обеспечивают лишь небольшой вклад в количество ионизирующего излучения во Вселенной с того раннего периода до сегодняшнего дня, даже в галактиках, активно создающих новые звезды. Авторы проекта обсуждают возможные причины, по которым GRBs, возможно, не обеспечивает точной оценки поглощения, хотя ни одна из них не является особенно убедительной.

Результат требует подтверждения и дополнительных измерений, но предполагает необходимость серьезного пересмотра механизма ионизации межгалактической среды Вселенной.