Hubble ontdekt het verst verwijderde 'Lyman continuum'-stelsel dat het vroege heelal transparant maakte

Astronomen hebben met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA ontdekt dat het sterrenstelsel MXDFz4.4 de verst verwijderde 'Lyman continuum (LyC)'-bron is die ooit is gedetecteerd . Het stelsel bestond slechts 1,4 miljard jaar na de oerknal . De ontdekking geeft een direct en gedetailleerd beeld van hoe het ioniserende licht van één enkel sterrenstelsel hielp om de ondoordringbare nevel van het vroege heelal op te klaren. Ook duwt het de bekende tijdlijn van de reïonisatie op, omdat het laat zien dat dit proces nog actief was op een veel later tijdstip dan eerder werd gedacht.

Hier zijn de specifieke details en ontdekkingen:

• Leeftijd en roodverschuiving: Het stelsel wordt waargenomen met een roodverschuiving van z=4,442, wat betekent dat het bestond toen het heelal ongeveer 1,4 miljard jaar oud was . Belangrijk is dat het wordt gezien op slechts 250 miljoen jaar na het einde van het Reïonisatietijdperk (EoR) . Het feit dat een zó sterke bron van ioniserend licht wordt gevonden na de EoR was 'iets dat ze nooit hadden verwacht' en laat zien dat de reïonisatie een langduriger, onregelmatiger proces was dat veel verder reikte dan het algemeen aangenomen eindpunt.

• Grootte en stervorming: Hubble's gedetailleerde opnamen in zichtbaar licht laten zien dat het stelsel dicht opeengepakte jonge sterren bevat . Meerdere uitbarstingen van stervorming hebben het gas in en rond MXDFz4.4 opgeruimd, waardoor het krachtige ultraviolette licht van het stelsel kon ontsnappen .

• Percentage ontsnappend ioniserend licht: De fractie van ioniserende (Lyman-continuum) fotonen die uit het stelsel ontsnapt, is opmerkelijk hoog: tussen de 53% en 100% . Dit is veel hoger dan de <5-10% die doorgaans wordt waargenomen in andere stelsels met een lage roodverschuiving, waardoor MXDFz4.4 een 'sterke LCE' (Lyman Continuum Emitter) is en een perfect voorbeeld van het type stelsel dat de reïonisatie kan hebben aangedreven .

• Hoe het de overgang van ondoorzichtig naar transparant verklaart: Dit stelsel is een krachtige Lyman-continuumzender, wat betekent dat het een aanzienlijke hoeveelheid hoogenergetische uv-fotonen lekt die neutrale waterstof kunnen ioniseren . Dit toont direct een mechanisme aan voor de overgang: de dicht opeengepakte, intense stervorming in het stelsel creëerde kanalen door het neutrale gas, waardoor de ioniserende straling kon ontsnappen naar het intergalactische medium en het ondoorzichtige neutrale gas kon omzetten in transparant plasma .

• Rollen van Hubble, Webb en de Very Large Telescope (VLT):

  • Hubble (HST): Leverde de cruciale hoge-resolutieopnamen in zichtbaar licht die de gedetailleerde structuur van de sterrenclusters en de opgeruimde kanalen in het stelsel onthulden . Hubble was de eerste die het onverwachte uv-licht van dit stelsel detecteerde .
  • Very Large Telescope (VLT / MUSE): Het stelsel werd geïdentificeerd als doelwit binnen het MUSE eXtremely Deep Field (MXDF) . Het MUSE-instrument van de VLT leverde de diepe, ruimtelijk opgeloste spectroscopie die nodig was om de hoge roodverschuiving van het stelsel te bevestigen en om de morfologie van de Lyman-alfalijn te meten, die werd gebruikt om het ontsnappende Lyman-continuumlicht te traceren .
  • James Webb Space Telescope (JWST / NIRISS): JWST's NIRISS-instrument nam een spectrum op van MXDFz4.4 als onderdeel van het NGDEEP-programma. Hoewel er in dat spectrum geen emissielijnen werden gedetecteerd, werden de gegevens gebruikt om alternatieve roodverschuivingen (bijv. toevallige uitlijning met een tussenliggend stelsel met lage roodverschuiving) uit te sluiten en hielpen ze de fotometrie van het stelsel te verfijnen .

• Hoe het de tijdlijn van de reïonisatie terugduwt: Standaardmodellen plaatsen het einde van het Reïonisatietijdperk op ongeveer 1,1 miljard jaar na de oerknal. MXDFz4.4, waargenomen 1,4 miljard jaar na de oerknal, is een sterke LyC-zender 250 miljoen jaar nadat de EoR wordt verondersteld te zijn geëindigd . Het bestaan ervan toont aan dat stelsels die actief ioniserend licht lekken, veel later in de kosmische geschiedenis veel voorkwamen dan eerder werd aangenomen. Dit suggereert dat het reïonisatieproces geen enkele scherpe gebeurtenis was, maar een geleidelijk, uitgestrekt proces dat nog lang doorging in latere kosmische tijden .