Astronomen die het verre heelal bestuderen, hebben ontdekt dat er veel kleine stervormende sterrenstelsels waren toen het heelal slechts 800 miljoen jaar oud was. een paar procent van zijn huidige leeftijd. De resultaten suggereren dat de vroegste sterrenstelsels, die het heelal verlichtte en ioniseerde, nog vroeger gevormd.

Lang geleden, ongeveer 300, 000 jaar na het ontstaan ​​van het heelal (de oerknal), het heelal was donker. Er waren nog geen sterren en melkwegstelsels, en het heelal was gevuld met neutraal waterstofgas. Op een gegeven moment verschenen de eerste sterrenstelsels, en hun energetische straling ioniseerde hun omgeving, het intergalactische gas, het heelal verlichten en transformeren.

Hoewel bekend is dat deze dramatische transformatie ergens tussen 300 miljoen jaar en 1 miljard jaar na de oerknal heeft plaatsgevonden, bepalen wanneer de eerste sterrenstelsels zijn gevormd, is een uitdaging. Het intergalactische gas, die aanvankelijk neutraal is, absorbeert en verstrooit sterk het ultraviolette licht dat door de sterrenstelsels wordt uitgezonden, waardoor ze moeilijk te detecteren zijn.

Om in te zoomen op wanneer de transformatie plaatsvond, astronomen nemen een indirecte benadering. Met behulp van de demografie van kleine stervormende sterrenstelsels om te bepalen wanneer het intergalactische gas geïoniseerd werd, ze kunnen afleiden wanneer de ioniserende bronnen, de eerste sterrenstelsels, gevormd. Als stervormende sterrenstelsels, die gloeien in het licht van de waterstof-Lyman-alfalijn, zijn omgeven door neutraal waterstofgas, de Lyman alfa-fotonen worden gemakkelijk verstrooid, net als koplampen in de mist, de sterrenstelsels verduisteren. Wanneer het gas wordt geïoniseerd, de mist trekt op, en de sterrenstelsels zijn gemakkelijker te detecteren.

Een nieuwe studie met deze benadering heeft 23 kandidaat-Lyman-alfa-emitterende sterrenstelsels (LAE's) ontdekt die 800 miljoen jaar na de oerknal aanwezig waren (met een roodverschuiving van z~7), het grootste monster dat tot nu toe in dat tijdperk is gedetecteerd. De studie, "Lyman-Alpha-sterrenstelsels in het tijdperk van reïonisatie" (LAGER), werd uitgevoerd door een internationaal team van astronomen uit China, de VS, en Chili met behulp van de Dark Energy Camera (DECam) op de CTIO 4-m Blanco-telescoop.

Hoewel de studie veel LAE's ontdekte, het ontdekte ook dat LAE's na 800 miljoen jaar 4 keer minder vaak voorkwamen dan korte tijd later, op 1 miljard jaar (bij een roodverschuiving van z~5,7). De resultaten impliceren dat het proces van ionisatie van het heelal vroeg begon en na 800 miljoen jaar nog steeds onvolledig was. met het intergalactische gas ongeveer half neutraal en half geïoniseerd in dat tijdperk. De lage incidentie van LAE's na 800 miljoen jaar is het gevolg van de onderdrukking van hun Lyman-alfa-emissie door neutraal intergalactisch gas.

De studie toont aan dat "de mist al optrok toen het universum 5% van zijn huidige leeftijd was", verklaarde Sangeeta Malhotra (Goddard Space Flight Center en Arizona State University), een van de co-leads van het onderzoek.

Junxian Wang (USTC), de organisator van de studie, verder uitgelegd, "Onze bevinding dat het intergalactische gas 50% geïoniseerd is op z ~ 7, impliceert dat een groot deel van de eerste sterrenstelsels die het universum ioniseerden en verlichtten, zich vroeg hebben gevormd, minder dan 800 miljoen jaar na de oerknal."

Voor Zhenya Zheng (Shanghai Astronomisch Observatorium, CAS), de hoofdauteur van het artikel waarin deze resultaten worden beschreven, "800 miljoen jaar is de huidige grens in reïonisatiestudies." Hoewel er in latere tijdperken honderden LAE's zijn gevonden, slechts ongeveer twee dozijn kandidaat-LAE's waren bekend op 800 miljoen jaar voorafgaand aan de huidige studie. De nieuwe resultaten verhogen het aantal LAE's dat in dit tijdperk bekend is dramatisch.

"Niets van deze wetenschap zou mogelijk zijn geweest zonder de brede mogelijkheden van DECam en zijn gemeenschapspijplijn voor gegevensreductie, " merkte co-auteur James Rhoads op. "Deze mogelijkheden maken efficiënte onderzoeken mogelijk en daarmee de ontdekking van zwakke sterrenstelsels en zeldzame, heldere."

Om op deze resultaten voort te bouwen, het team "zet de zoektocht naar verre stervormende sterrenstelsels over een groter volume van het heelal voort", zei Leopoldo Infante (Pontificia Catolica Universiteit van Chili en de Carnegie Institution for Science), "om de clustering van LAE's te bestuderen." Clustering biedt unieke inzichten in hoe de mist optrekt. Het team onderzoekt ook de aard van deze verre sterrenstelsels.