Astronomen hebben slechts 800 miljoen jaar na de oerknal een lichtgevend sterrenstelsel ontdekt dat op het punt stond het omringende gas te reïoniseren. Het onderzoek, onder leiding van Romain Meyer, doctoraat student aan de UCL in Londen, VK, is vandaag gepresenteerd op de virtuele jaarvergadering van de European Astronomical Society (EAS).

Het bestuderen van de eerste sterrenstelsels die 13 miljard jaar geleden werden gevormd, is essentieel om onze kosmische oorsprong te begrijpen. Een van de actuele onderwerpen in de extragalactische astronomie is 'kosmische reïonisatie', het proces waarbij het intergalactische gas werd geïoniseerd (atomen ontdaan van hun elektronen). Kosmische reïonisatie is vergelijkbaar met een onopgeloste moord:we hebben er duidelijk bewijs voor, maar wie heeft het gedaan hoe en wanneer? We hebben nu sterk bewijs dat waterstofreïonisatie ongeveer 13 miljard jaar geleden werd voltooid, in de eerste miljard jaar van het heelal, met bellen van geïoniseerd gas die langzaam groeien en elkaar overlappen. De objecten die dergelijke geïoniseerde waterstofbellen kunnen creëren, zijn tot nu toe echter mysterieus gebleven:de ontdekking van een lichtgevend sterrenstelsel waarin 60-100% van de ioniserende fotonen ontsnappen, is waarschijnlijk verantwoordelijk voor het ioniseren van de lokale zeepbel. Dit suggereert dat de zaak dichterbij een oplossing is.

De twee belangrijkste verdachten voor kosmische reïonisatie zijn meestal 1) een populatie van talrijke zwakke sterrenstelsels die ~ 10% van hun energetische fotonen lekken, en 2) een 'oligarchie' van lichtgevende sterrenstelsels met een veel groter percentage (> 50%) van de fotonen die uit elk sterrenstelsel ontsnappen. In elk geval, deze eerste sterrenstelsels waren heel anders dan die van vandaag:sterrenstelsels in het lokale heelal zijn zeer inefficiënte lekkende, met alleen <2-3% van de ioniserende fotonen ontsnapt aan hun gastheer. Om te begrijpen welke sterrenstelsels kosmische reïonisatie beheersten, astronomen moeten de zogenaamde ontsnappingsfracties van sterrenstelsels in het reïonisatietijdperk meten.

De detectie van licht van geëxciteerde waterstofatomen (de zogenaamde Lyman-alpha-lijn) kan worden gebruikt om de fractie van ontsnappende fotonen af ​​te leiden. Aan de ene kant, dergelijke detecties zijn zeldzaam omdat sterrenstelsels uit het reïonisatietijdperk worden omringd door neutraal gas dat die kenmerkende waterstofemissie absorbeert. Anderzijds, als dit waterstofsignaal wordt gedetecteerd, vertegenwoordigt het een 'rokend pistool' voor een grote geïoniseerde bel, wat betekent dat we een melkwegstelsel hebben betrapt dat zijn omgeving opnieuw ioniseert. De grootte van de bel en de helderheid van de melkweg bepalen of het alleen verantwoordelijk is voor het creëren van deze geïoniseerde bel of dat onzichtbare handlangers nodig zijn.

De ontdekking van een lichtgevend sterrenstelsel 800 miljoen jaar na de oerknal ondersteunt het scenario waarin een 'oligarchie' van heldere leakers de meeste ioniserende fotonen uitzendt. "Het is de eerste keer dat we kunnen wijzen op een object dat verantwoordelijk is voor het creëren van een geïoniseerde bel, zonder de noodzaak van een bijdrage van onzichtbare sterrenstelsels, " merkt Meyer op. "Aanvullende waarnemingen met de aanstaande James Webb Space Telescope zullen ons in staat stellen om verder te bestuderen wat waarschijnlijk een van de beste verdachten is voor het onopgeloste geval van kosmische reïonisatie."