O galaxie extrem de albastră din universul timpuriu ar putea lăsa să scape cea mai mare parte a radiației ionizante
Astronomii care folosesc telescopul spațial James Webb (JWST) au găsit indicii că o galaxie îndepărtată, neobișnuit de albastră, ar putea permite unei mari părți din radiația sa ionizantă să scape în spațiu. Cunoscută sub numele de EBG-1, galaxia este observată la un deplasament spre roșu de 9,244, adică la aproximativ 530 de milioane de ani după Big Bang. Rezultatele au fost publicate pe serverul de preprinturi arXiv pe 16 octombrie.
Reionizarea cosmică a avut loc, potrivit estimărilor, aproximativ între 600 de milioane și un miliard de ani după Big Bang (în jurul deplasărilor spre roșu 6–8) și era completă până la deplasarea spre roșu 5,5. În această epocă, radiația ultravioletă ionizantă emisă de primele stele și galaxii a transformat hidrogenul neutru din univers în starea ionizată pe care o vedem astăzi. Radiația ultravioletă care a declanșat această tranziție este formată în principal din fotoni din continuumul Lyman (LyC), cu lungimi de undă sub 912 Å.
O mare parte din această lumină este absorbită de gaz și praf în interiorul galaxiei, astfel încât fracția care scapă în spațiul intergalactic – numită fracție de evadare – este esențială pentru a estima contribuția unei galaxii. „Rămâne o dispută cu privire la galaxiile care au furnizat cei mai mulți fotoni ionizanți”, notează cercetătorii. Unele modele sugerează că galaxiile pitice sunt principalii responsabili, în timp ce altele indică galaxii mai masive, cu rate eficiente de formare a stelelor.
Analiza spectroscopică a uneia dintre cele mai albastre galaxii
În acest studiu, o echipă condusă de Yunjing Wu de la Universitatea din Tokyo a prezentat analiza spectroscopică a uneia dintre cele mai albastre galaxii observate atunci când universul avea doar 530 de milioane de ani. La deplasamentul spre roșu de 9,244, Extreme Blue Galaxy 1 (EBG-1) este lentilată gravitațional de un roi de galaxii din prim-plan numit MACS0647. Gravitația roiului curbează și mărește lumina galaxiei EBG-1, permițând astronomilor să o observe în detaliu.
Albastrul extrem se referă la emisia de lumină ultravioletă (UV) a galaxiei. „Se remarcă printr-una dintre cele mai albastre pante UV măsurate până acum la acest deplasament spre roșu”, spun cercetătorii. Panta UV descrie cât de abrupt se modifică luminozitatea galaxiei cu lungimea de undă în ultraviolet. O pantă foarte albastră sugerează foarte puțin praf, stele foarte tinere și o compoziție săracă în metale. Pantele extrem de albastre pot indica, de asemenea, că fotonii ionizanți scapă, în loc să fie absorbiți de gazul din jur.
Există însă și alți indicatori ai unei galaxii care „scapă” radiație. Linii de emisie nebulară slabe pot semnala, la rândul lor, că fotonii ionizanți scapă, în loc să fie absorbiți și reemisi de gazul din jur. Pentru a verifica această ipoteză, echipa a realizat o observație spectroscopică profundă, de 14 ore, asupra galaxiei EBG-1, cu instrumentul NIRSpec de la JWST, căutând linii ale carbonului, hidrogenului și oxigenului.
Indicii spectrale și fracția de evadare estimată
Spectrul a arătat linii de emisie slabe în ansamblu. Linia oxigenului a fost proeminentă, în timp ce linia hidrogenului a fost slabă, iar carbonul nu a fost detectat deloc. Folosind raportul dintre liniile de oxigen și hidrogen, echipa a estimat că abundența de oxigen a galaxiei este de doar aproximativ 3% din cea a Soarelui. Acest lucru este în concordanță cu o galaxie tânără din universul timpuriu, deoarece elementele grele sunt produse de stele de-a lungul timpului.
Comparând observațiile cu spectre sintetice de galaxii, echipa a constatat că modelele cu o fracție de evadare a fotonilor ionizanți de aproximativ 85% se potrivesc cel mai bine datelor pentru EBG-1. Modelele au presupus o formare constantă de stele și absența prafului. „EBG-1 prezintă semnături spectroscopice ale unei fracții de evadare ridicate”, concluzionează cercetătorii.
Dacă interpretarea este corectă, EBG-1 ar putea fi un exemplu de sursă extrem de eficientă care a contribuit la reionizarea universului timpuriu. Totuși, este vorba despre un singur obiect, iar mediul său nu a fost încă studiat, astfel încât astronomii nu știu cum contribuie la nivel local. „Un recensământ al galaxiilor vecine ar ajuta la evaluarea dacă bugetul ionizant local ar putea fi dominat de EBG-1 sau de împrejurimile sale”, scrie echipa.
