Observațiile Hubble contestă rolul vânturilor de supernovă în reionizarea cosmică
O echipă internațională de cercetători, care include membri de la Universitatea din Michigan, a obținut rezultate surprinzătoare ce ar putea schimba înțelegerea unei tranziții majore din universul timpuriu. În primul miliard de ani după Big Bang, universul era umplut de o ceață de hidrogen neutru, impenetrabilă pentru lumina ultravioletă. Astăzi, această ceață a dispărut datorită unei epoci începute acum aproximativ 13 miliarde de ani, cunoscută sub numele de reionizare.
În timpul reionizării, radiația energetică din galaxiile universului timpuriu a lovit hidrogenul neutru care forma ceața și l-a descompus în protoni și electroni încărcați, adică ionizați. „În cele din urmă, când a ionizat majoritatea hidrogenului care umplea spațiul intergalactic, acela a fost sfârșitul reionizării și vedem universul de astăzi”, a declarat Cody Carr, cercetător postdoctoral în cadrul Departamentului de Astronomie al Universității din Michigan. „Numim reionizarea ultima tranziție majoră de fază a universului.”
Identificarea surselor acestei radiații ionizante și înțelegerea modului în care aceasta a scăpat din galaxiile timpurii reprezintă o provocare centrală în astronomie. „Nu știm exact ce obiecte au cauzat reionizarea sau cum a evoluat”, a spus Carr, care a condus și realizat studiul în calitate de cercetător postdoctoral la Universitatea Zhejiang din China, înainte de a se alătura Universității din Michigan. „Știm că a avut loc, dar nu avem răspunsuri complete la aceste întrebări.”
Vânturile de supernovă împiedică scăparea radiației
O teorie predominantă privind ceea ce a permis reionizarea susținea că vânturile create de supernove, adică explozii ale unor stele masive, din galaxiile timpurii au deschis calea pentru ca radiația ionizantă să scape. Acum însă, folosind Telescopul Spațial Hubble — o misiune a NASA lansată cu contribuții de la Agenția Spațială Europeană — pentru a observa galaxii din apropiere, echipa a arătat că aceste vânturi împiedică de fapt radiația să părăsească galaxiile.
„Practic, modul în care aceste galaxii pierdeau radiație ionizantă nu este ceea ce credeam”, a afirmat Carr. Rezultatele echipei, publicate în revista Nature Astronomy, întăresc o teorie alternativă privind reionizarea. Această teorie susține că activitatea stelelor tinere a ajutat radiația să scape, înainte ca detonările de supernovă să creeze vânturi suficient de puternice pentru a remodela galaxiile.
„Observațiile noastre arată că acești fotoni scapă înainte ca vânturile galactice să se formeze”, a explicat Carr. Vânturile la scară mai mică, în vecinătatea stelelor tinere, ar putea juca însă un rol important. Carr și colegii săi lucrează pentru a obține mai mult timp de utilizare a telescopului Hubble pentru a observa mai multe galaxii și a testa în continuare această idee. Între timp, această observație poate informa simulările care îi ajută pe astronomi să înțeleagă mai bine reionizarea.
„Supernovele joacă un rol central în simulările hidrodinamice cosmologice care explică modul în care radiația ionizantă scapă din galaxii”, a declarat Renyue Cen, autor principal al studiului și profesor și director al Centrului pentru Cosmologie și Astrofizică Computațională de la Universitatea Zhejiang. „Descoperirile noastre evidențiază necesitatea de a examina modul în care radiația și vânturile de la stelele tinere modelează gazul din jur înainte ca primele supernove să explodeze.”
Vânturi mai rapide, mai puțină lumină care scapă
Cu ajutorul Telescopului Spațial Hubble, echipa a observat galaxii din apropiere cu formare intensă de stele — galaxii în care stelele se formează într-un ritm astronomic — care seamănă cu unele dintre galaxiile despre care se crede că au ajutat la reionizarea universului timpuriu. Cercetătorii au analizat spectrele acestor galaxii, măsurând care lungimi de undă ale luminii scapă din galaxii, pentru a determina vitezele vânturilor galactice. Gazul din aceste vânturi absoarbe lumina la lungimi de undă specifice, lăsând scăderi în spectre ale căror poziții și lățimi dezvăluie modul în care se mișcă gazul.
Echipa a constatat că galaxiile cu cele mai rapide vânturi permiteau cea mai mică fracțiune de radiație ionizantă să scape. „Se pare că aportul de energie din supernove a agitat împrejurimile și a crescut, în loc să reducă, acoperirea cu gaz neutru și praf care suprimă scăparea radiației ionizante”, a spus Stephan McCandliss, autor principal al noului studiu și director al Centrului pentru Științe Astrofizice de la Universitatea Johns Hopkins.
Studiul a implicat aproape 30 de colaboratori din peste o duzină de instituții din întreaga lume. Sally Oey, profesoară de astronomie la Universitatea din Michigan, a fost de asemenea contribuitor.
