Hubble avslører hvordan en ung galakse feide bort den kosmiske tåken

Astronomer som bruker NASAs Hubble Space Telescope, har oppdaget at galaksen MXDFz4.4 er den senderen av Lyman-kontinuum (LyC) med høyest rødskift som noen gang er påvist . Galaksen eksisterte bare 1,4 milliarder år etter Big Bang . Funnet gir et direkte og detaljert innblikk i hvordan én enkelt galakses ioniserende lys hjalp til med å fjerne den ugjennomtrengelige tåken i det tidlige universet. Det flytter den kjente tidslinjen for reionisering ved å avsløre at denne prosessen fortsatt var aktiv mye senere enn tidligere antatt.

Her er de spesifikke detaljene og oppdagelsene:

• Alder og rødskift: Galaksen er observert ved rødskift z=4,442, noe som betyr at den eksisterte da universet var omtrent 1,4 milliarder år gammelt . Kritisk nok er den sett bare omtrent 250 millioner år etter slutten av Reioniseringsepoken (EoR) . At en så sterk sender av ioniserende lys blir funnet etter EoR var «noe de aldri forventet» og viser at reionisering var en mer langvarig og ujevn prosess som strakte seg langt forbi det vanlig antatte sluttpunktet.

• Størrelse og stjernedannelse: Hubbles detaljerte bilder i synlig lys avslører at galaksen inneholder tett klyngede unge stjerner . Flere utbrudd av stjernedannelse har ryddet gassen i og rundt MXDFz4.4, noe som lar det kraftige ultrafiolette lyset slippe ut .

• Andel ioniserende lys som slipper ut: Andelen av ioniserende (Lyman-kontinuum) fotoner som slipper ut av galaksen, er bemerkelsesverdig høy, målt til 53–100 % . Dette er en mye høyere fluktandel enn de <5–10 % som typisk observeres i andre galakser med lavt rødskift, noe som gjør MXDFz4.4 til en «sterk LCE» (Lyman-kontinuum-sender) og et godt eksempel på den typen galakse som kan ha drevet reioniseringen .

• Hvordan det forklarer overgangen fra ugjennomtrengelig til gjennomsiktig: Denne galaksen er en kraftig Lyman-kontinuum-sender, noe som betyr at den lekker en betydelig mengde høyenergiske UV-fotoner som kan ionisere nøytralt hydrogen . Dette viser direkte en mekanisme for overgangen: den tettpakkede, intense stjernedannelsen inne i galaksen ryddet kanaler gjennom den nøytrale gassen, slik at den ioniserende strålingen kunne slippe ut i det intergalaktiske mediet og omdanne ugjennomtrengelig nøytral gass til gjennomsiktig plasma .

• Rollene til Hubble, Webb og Very Large Telescope (VLT):

  • Hubble (HST): Leverte den kritiske høyoppløselige bildebehandlingen i synlig lys som avslørte den detaljerte strukturen til stjerneklyngene og de ryddede kanalene i galaksen . Hubble var den første som oppdaget det uventede UV-lyset fra denne galaksen .
  • Very Large Telescope (VLT / MUSE): Galaksen ble identifisert som et mål innenfor MUSE eXtremely Deep Field (MXDF) . VLTs MUSE-instrument leverte dyp, romlig oppløst spektroskopi som var nødvendig for å bekrefte galaksens høye rødskift og for å måle dens Lyman-alfa-linjemorfologi, som ble brukt til å spore det unnslupne Lyman-kontinuumlyset .
  • James Webb Space Telescope (JWST / NIRISS): JWSTs NIRISS-instrument tok et spektrum av MXDFz4.4 som en del av NGDEEP-programmet. Selv om ingen emisjonslinjer ble oppdaget i det spekteret, ble dataene brukt til å utelukke alternative rødskift (f.eks. tilfeldig justering med en inntrenger med lavt rødskift) og bidro til å forbedre galaksens fotometri .

• Hvordan det skyver tidslinjen for reionisering bakover: Standardmodeller plasserer slutten av Reioniseringsepoken til omtrent 1,1 milliarder år etter Big Bang. MXDFz4.4, observert 1,4 milliarder år etter Big Bang, er en sterk LyC-sender 250 millioner år etter at EoR antas å ha sluttet . Dens eksistens viser at galakser som aktivt lekker ioniserende lys, var vanlige mye senere i kosmisk historie enn tidligere antatt, noe som tyder på at reioniseringsprosessen ikke var en enkelt skarp hendelse, men en gradvis, langvarig prosess som fortsatte sterkt inn i senere kosmiske tider .