Teleskop Webba: odległa galaktyka może wypuszczać prawie całe promieniowanie
Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) znaleźli ślady tego, że niezwykle niebieska galaktyka EBG-1 może wypuszczać w przestrzeń większość swojego promieniowania jonizującego. Widzimy ją takią, jaka była około 530 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jeśli wnioski badaczy się potwierdzą, to ważna wskazówka w sporze o to, co rozświetliło młody Wszechświat.
Czym była reionizacja
Według szacunków reionizacja przypadła mniej więcej na okres od 600 milionów do miliarda lat po Wielkim Wybuchu (przesunięcie ku czerwieni od 6 do 8) i zakończyła się do wartości 5,5. Wtedy promieniowanie ultrafioletowe pierwszych gwiazd i galaktyk zamieniło neutralny wodór, wypełniający kosmos, w gaz zjonizowany, jaki obserwujemy dziś.
Za ten proces odpowiadają głównie fotony kontinuum Lymana, o długości fali poniżej 912 angstremów. Spora część tego światła jest jednak pochłaniana przez gaz i pył wewnątrz samej galaktyki. Dlatego kluczowy jest tzw. udział promieniowania, które ucieka w przestrzeń międzygalaktyczną. To on decyduje, ile dana galaktyka wniosła do reionizacji.
Nie wiadomo wciąż, które obiekty dostarczyły najwięcej takich fotonów. Część modeli wskazuje na galaktyki karłowate, inne na większe galaktyki o wydajnym tworzeniu gwiazd. Badacze piszą wprost: „Which galaxies supplied most of the ionizing photons remains debated” (Yunjing Wu i współautorzy, z Uniwersytetu Tokijskiego, pytanie o to, które galaktyki dostarczyły większość fotonów jonizujących, pozostaje przedmiotem debaty).
Wyjątkowo niebieska i soczewkowana
EBG-1 znajduje się na przesunięciu ku czerwieni 9,244. Jej światło zostało zakrzywione i wzmocnione przez grawitację gromady galaktyk MACS0647, leżącej na pierwszym planie. Ten efekt soczewkowania grawitacyjnego pozwala przyjrzeć się tak odległemu obiektowi ze szczegółami.
Galaktyka wyróżnia się jednym z najbardziej niebieskich nachyleń widma ultrafioletowego, jakie zmierzono dla tej epoki. Bardzo niebieskie widmo sugeruje niewiele pyłu, bardzo młode gwiazdy i niską zawartość pierwiastków cięższych od helu. Może też wskazywać, że fotony jonizujące uciekają, zamiast być pochłaniane przez otaczający gaz.
Co pokazało widmo
Zespół zebrał 14 godzin obserwacji spektroskopowych instrumentem NIRSpec i szukał linii węgla, wodoru i tlenu. Linie emisyjne okazały się ogólnie słabe: tlen był wyraźny, wodór słaby, a węgla w ogóle nie wykryto. Na podstawie stosunku linii tlenu do wodoru oszacowano, że zawartość tlenu wynosi zaledwie około 3% wartości słonecznej. To zgodne z młodą galaktyką z wczesnego Wszechświata, bo pierwiastki ciężkie powstają w gwiazdach z czasem.
Porównanie z syntetycznymi widmami pokazało, że najlepiej pasują modele, w których ucieka około 85% fotonów jonizujących. Założono przy tym stałe tempo powstawania gwiazd i brak pyłu.
Ostrożnie z wnioskami
To pojedynczy obiekt, a jego otoczenia jeszcze nie zbadano. Nie wiadomo więc, jaki ma lokalny wpływ na jonizację gazu. Autorzy zwracają uwagę, że spis sąsiednich galaktyk pomógłby ocenić, czy bilans promieniowania w okolicy zdominowała sama EBG-1, czy raczej jej sąsiedzi.
Dla polskiego czytelnika to przede wszystkim przykład badań podstawowych: nie wpłyną one na codzienne życie, ale pomagają odtworzyć, jak powstały pierwsze struktury Wszechświata. Praca jest na razie dostępna jako preprint na serwerze arXiv, czyli nie przeszła jeszcze formalnej recenzji w czasopiśmie. Dane z JWST, który działa dzięki współpracy NASA, ESA i agencji kanadyjskiej, analizują zespoły z całego świata, także europejskie.
Źródło: Phys.org – „JWST reveals a distant galaxy that may let most of its ionizing radiation escape”
