Távoli fémek vetnek fényt az Univerzum történetének egy érdekes időszakára

5259

Egy új tanulmány a galaxisokat körülvevő, fémekben gazdag gáz vizsgálatával igyekszik többet megtudni a reionizáció időszakáról.

Az M82-ről készített kompozit képen jól látszik, hogyan táplálják egy galaxis kiáramlásai a galaxist körülvevő közeget. (Forrás: NASA, ESA, CXC, and JPL-Caltech)

Miután a Világegyetem az Ősrobbanásban megszületett, a tágulás és lehűlés lehetővé tette az elektronok és protonok semleges hidrogénatomokká való egyesülését. De valamikor az Ősrobbanást követő első egymilliárd évben ezeket az atomokat a Világegyetem első fényforrásaiból származó nagy energiájú sugárzás újra ionizálta. Vajon pontosan hogyan és mikor történt meg ez a reionizáció? Ennek megválaszolásában lehet segítségünkre a galaxisokat körülvevő és a közöttük található gáz vizsgálata.

A Világegyetem történetének sematikus ábrája. A reionizáció időszaka az első galaxisok és kvazárok kialakulására esik. (Forrás: NASA)

Míg a kiterjedt intergalaktikus anyag főként hidrogéngázból áll, a közvetlenül a galaxisok körül található (cirkumgalaktikus) közeg ennél összetettebb: úgynevezett „fémekben”, a héliumnál nehezebb elemekben gazdag, amelyeket a galaxis csillagai hoztak létre.

Mivel ez a távoli gáz diffúz és halvány, nem könnyű közvetlenül elemezni, így inkább azt vizsgáljuk, hogyan nyeli el a háttérforrások fényét.

George Becker (University of California, Riverside) és munkatársai közel 200 fényes, legfeljebb z=6,6-os vöröseltolódású aktív galaxis, úgynevezett kvazár spektrumát vizsgálták meg, amelyek akkor keletkeztek, amikor a Világegyetem kevesebb mint egymilliárd éves volt. A cél az volt, hogy megismerjék a köztünk és a kvazárok között lévő galaxisokat körülvevő, nagy fémtartalmú felhőket.

Becker és munkatársai több elem nyomát is keresték a felhőkben, így például a semleges oxigénét. Az adatokból a kutatók megállapíthatták, hogyan oszlanak el a semleges oxigént tartalmazó felhők a 3,2 < z < 6,5 vöröseltolódás-értékek közötti idősávban.

Az ábrán látható vízszintes vonalak a vöröseltolódási intervallumokat mutatják a kvazárok által kijelölt, vizsgált irányokban. A narancssárga pontok jelzik az azonosított, semleges oxigént elnyelő helyeket. (Forrás: Becker et al. 2019)

Ha a galaxisok körüli gáz fokozatosan dúsult fel, akkor azt várnánk, hogy a semleges oxigént elnyelő felhők száma növekszik a vöröseltolódás csökkenésével (vagyis minél közelebb van hozzánk, minél több idő telt el az Ősrobbanás óta, annál többet találunk), mivel a nagy fémtartalmú gáz idővel felhalmozódik a galaxisok körül.

Becker és munkatársai azonban z ~ 6 vöröseltolódásnál a semleges oxigént elnyelő felhők számát mutató görbében „gödröt” találtak. A kutatók szerint ennek az lehet az oka, hogy ebben az időszakban a Világegyetem elkezdett ionizálódni: a galaxisok körüli gáz azért tartalmaz kevesebb semleges oxigént z ~ 6 vöröseltolódásnál, mert az oxigén nagyobb része ionizálódott.

A semleges oxigén (fekete körök), az egyszer ionizált magnézium (vörös négyzetek) és a háromszorosan ionizált szén (kék háromszögek) aránya a vöröseltolódás függvényében. Ahelyett, hogy a vöröseltolódás növekedésével monoton csökkenést mutatna (mint az erősen ionizált szén), az oxigén aránya gödör-szerűen csökken a z ~ 6 vöröseltolódás alatt. (Forrás: Becker et al. 2019)

Mit jelent mindez? A galaxisokat körülvevő nagy fémtartalmú gáz ionizációja kapcsolatban áll a tágabb intergalaktikus közegben található hidrogén reionizációjával: a galaxisokat körülvevő sűrű gázt a nagy energiájú háttérsugárzás a z ~ 6 vöröseltolódásnál ionizálta. Ez a kutatók szerint pedig azt sugallja, hogy a diffúz intergalaktikus közeg reionizációja ekkor még szintén tarthatott, vagy nagyjából ebben az időszakban ért véget.

Becker és munkatársainak fémekkel kapcsolatos megfigyelései segítenek beazonosítani a reionizáció időszakának utolsó szakaszát, és rávilágítanak arra, hogyan alakult ki a Világegyetem jelenlegi formája. Az eredményeket közlő tanulmány a The Astrophysical Journal szaklapban jelent meg.

Forrás: AAS Nova

Hozzászólás

hozzászólás