science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Wat heeft het universum geïoniseerd?

Een NASA/ESA Hubble Space Telescope-opname van de snel vervagende vuurbal van zichtbaar licht afkomstig van een gammastraaluitbarsting (GRB) in een ver sterrenstelsel. Een nieuwe studie gebruikte de spectra van 140 GRB-nagloeiingen om de hoeveelheid ioniserende straling te schatten van massieve sterren die ontsnapt uit sterrenstelsels om het intergalactische medium te ioniseren. en vindt het verrassende resultaat dat het erg klein is. Krediet:Andrew Fruchter (STScI) en NASA/ESA

Het dun verspreide hete gas dat in de ruimte tussen sterrenstelsels bestaat, het intergalactische medium, is geïoniseerd. De vraag is, hoe? Astronomen weten dat zodra het vroege heelal voldoende uitbreidde en afkoelde, waterstof (het hoofdbestanddeel ervan) gerecombineerd tot neutrale atomen. Vervolgens, eens nieuw gevormde massieve sterren begonnen te schijnen in het zogenaamde "tijdperk van reïonisatie, " hun extreem ultraviolette straling heeft vermoedelijk het gas geïoniseerd in processen die vandaag de dag doorgaan. Een van de belangrijkste stappen, echter, wordt niet goed begrepen, namelijk de mate waarin de stellaire ioniserende straling uit de sterrenstelsels in de IGM ontsnapt. Alleen als de fractie die ontsnapte hoog genoeg was tijdens het tijdperk van reïonisatie, had sterrenlicht het werk kunnen doen, anders is een andere belangrijke bron van ioniserende straling vereist. Dat zou kunnen duiden op het bestaan ​​van een belangrijke populatie van meer exotische objecten zoals zwakke quasars, X-ray dubbelsterren, of misschien zelfs rottende/vernietigende deeltjes.

Directe studies van extreem ultraviolet licht zijn moeilijk omdat het neutrale gas het zeer sterk absorbeert. Omdat het heelal uitdijt, het geabsorbeerde spectrum beslaat steeds meer van het optische bereik met afstand totdat optische waarnemingen van kosmologisch verre sterrenstelsels in wezen onmogelijk zijn. CfA-astronoom Edo Berger voegde zich bij een groot team van collega's om de hoeveelheid absorberend gas te schatten door te kijken naar de spectra van gammastraaluitbarstingen (GRB) nagloed. GRB's zijn zeer heldere uitbarstingen van straling die worden geproduceerd wanneer de kern van een massieve ster instort. Ze zijn helder genoeg dat wanneer hun straling wordt geabsorbeerd in smalle spectrale kenmerken door gas langs de gezichtslijn, die kenmerken kunnen worden gemeten en gebruikt om de hoeveelheid absorberende atomaire waterstof te berekenen. Dat getal kan dan direct worden omgezet in een ontsnappingsfractie voor het ultraviolette licht van het bijbehorende sterrenstelsel. Hoewel een enkele waarneming van een GRB in één melkwegstelsel geen robuuste maatstaf biedt, een steekproef van GRB's zou een representatieve maatstaf kunnen zijn over alle zichtlijnen naar massieve sterren.

De astronomen hebben nauwkeurig de spectra gemeten van 140 GRB-nagloeiingen in sterrenstelsels die zo ver weg zijn als tijdperken iets minder dan een miljard jaar na de oerknal. Ze vinden een opmerkelijk kleine ontsnappingsfractie - minder dan ongeveer 1% van de ioniserende fotonen komt uit in het intergalactische medium. Het dramatische resultaat is dat sterren slechts een kleine bijdrage leveren aan het budget voor ioniserende straling in het universum vanaf die vroege periode tot vandaag, zelfs niet in sterrenstelsels die actief nieuwe sterren maken. De auteurs bespreken mogelijke redenen waarom GRB's mogelijk geen nauwkeurige meting van de absorptie, hoewel geen enkele bijzonder overtuigend is. Het resultaat heeft bevestiging en aanvullende metingen nodig, maar suggereert dat een serieuze heroverweging van het ioniserende budget van het intergalactische medium van het universum nodig is.