So könnte Licht aus den frühesten Galaxien entkommen sein und das Universum transparent machen



Fast zu Beginn der Zeit war das Universum in Dunkelheit gehüllt. Frühe Galaxien erzeugten dann helle, heiße Sterne, die durch kleine Kanäle den intergalaktischen Raum mit brillantem Licht durchdrangen und das Universum transparent machten.

Das ist die Schlussfolgerung aus wunderschönen neuen "Spiegel" -Bildern einer fernen Galaxie, die als Sunburst Arc bekannt ist. Als das Universum noch ein Baby war, bestand es aus heißen, aber schnell abkühlenden Partikeln. Sobald das Universum ausreichend abgekühlt war, bildeten Protonen und Elektronen zusammen neutralen Wasserstoff, der das Universum in der Dunkelheit bedeckte und es im elektromagnetischen Spektrum unbeobachtbar machte Das Haystack Observatory des MIT. Während dieser Periode, die als dunkles Zeitalter bekannt ist, wurde jede emittierte Strahlung vom Wasserstoffgas absorbiert.

Dann, ungefähr eine Milliarde Jahre nach dem UrknallWährend der "Epoche der Reionisierung" ionisierte ein massiver Energiestoß das Gas, schlug Elektronen von den Wasserstoffatomen ab und erzeugte Plasma. Diese Ionisierung geschah dank energiereichem ultraviolettem Licht, das "höchstwahrscheinlich von sehr jungen, sehr hellen, sehr heißen und auch sehr kurzlebigen Sternen in den ersten Galaxien stammt", sagte der leitende Autor Thøger Emil Rivera-Thorsen, ein Postdoktorand an der Universität von Oslo in Norwegen. Es ist jedoch unklar, wie genau dieses Ionisationsereignis passiert ist.

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Um es herauszufinden, wandten sich die Forscher einer Galaxie zu, die "Sunburst Arc" genannt wird und sich in einer Entfernung von etwa 11 Milliarden Lichtjahren befindet (obwohl es schwierig ist, genau zu wissen, wie weit sie sich in einem expandierenden Universum befindet). Der Sunburst Arc ist nicht ganz alt genug, um eine der frühen Galaxien zu sein, die das Universum reionisiert haben, aber es ist alt genug, um den Forschern etwas über den Prozess beizubringen, sagte Rivera-Thorsen.

In einer früheren Studie haben Rivera-Thorsen und sein Team Lichtsignale vom Sunburst Arc untersucht. Ein paar Hinweise deuteten darauf hin, dass ionisierendes Licht aus diesen frühen Galaxien durch einige enge Kanäle oder Löcher in einem sonst undurchsichtigen Deckband, das die Galaxie bedeckt, austrat. "Aber wir können nicht sagen, dass wir dies gefunden haben, bis wir es tatsächlich direkt beobachtet haben", sagte Rivera-Thorsen gegenüber Live Science.

Deshalb schlugen die Forscher vor, diese Löcher mit dem Hubble-Weltraumteleskop zu entdecken, und "siehe da, es hat funktioniert", sagte Rivera-Thorsen. Der Sunburst Arc ist so positioniert, dass der Hubble ihn gut sehen kann. Ein dazwischenliegender Galaxienhaufen wirkt wie ein kosmisches Mikroskop und beugt und vergrößert das Licht des Sunburst-Bogens, das sonst zu schwach wäre, um es zu sehen, sodass der Hubble es in einer Reihe von Bildern aufnehmen kann. Dieser Effekt, der "Gravitationslinseneffekt" genannt wird, wurde von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt und ist in diesem Fall besonders stark, was zu 12 Doppelbildern der Galaxie führt.

Einige dieser Bilder wurden im nichtionisierenden sichtbaren Lichtspektrum und andere im ionisierenden Lichtspektrum aufgenommen. Für das ionisierende Licht "ist im Grunde alles, was Sie sehen können, ein kleiner Punkt und sonst gibt es nichts", sagte er. "Ich denke, das war eine sehr schöne Bestätigung unserer Hypothese – dass dies wie ein Loch in einer ansonsten völlig undurchsichtigen, gasbedeckten Galaxie ist."

Um diesen Effekt zu erkennen, mussten mehrere Faktoren in Einklang gebracht werden. "Wir waren unglaublich glücklich, dieses Ding gefunden zu haben", sagte Rivera-Thorsen. Zum Beispiel haben die Hubble-Bilder alle "saftigen Teile" der Galaxie eingefangen, einschließlich der Orte, an denen das ionisierende Licht austrat. Es ist nicht klar, warum oder wie sich diese engen Kanäle überhaupt gebildet haben.

In den moderneren Galaxien "sehen wir nicht wirklich viel von dieser ionisierenden Strahlung austreten, wir sehen hier und da ein bisschen", fügte er hinzu. "Also muss sich etwas an den physikalischen Eigenschaften dieser Galaxien zwischen der Zeit um 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall, als das Universum reionisiert wurde (und jetzt), dramatisch verändert haben." Rivera-Thorsen und sein Team wollen es in der zukünftigen Arbeit herausfinden Wie haben sich Galaxien verändert? seit der Zeit des Urknalls.

"Die Beweise dafür, dass ionisierende Strahlung entweicht, sind überzeugend", sagte Yuri Izotov, Astronom am Hauptsternwarte in der Ukraine, der nicht an der Studie beteiligt war. Ihre Ergebnisse sind wichtig, um zu verstehen, wie Licht von sternbildenden Galaxien durchgelassen wird, und ihre Interpretation, dass das Licht durch Löcher in der Galaxie durchgelassen wird, "erscheint vernünftig", sagte Izotov gegenüber Live Science.

Brian Keating, Professor für Physik an der Universität von Kalifornien in San Diego, der nicht an der Arbeit beteiligt war, stimmt dem zu. "Die Quellen, aus denen die ersten ionisierenden Photonen des Universums erzeugt wurden, sind seit langem rätselhaft", sagte Keating gegenüber Live Science. "Ihre Arbeit liefert vielversprechende neue Einblicke in die unergründlichen Objekte, die als die Haupttreiber der Epoche der Reionisierung angesehen werden."

Die Ergebnisse wurden am 7. November in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.

Ursprünglich veröffentlicht am Live-Wissenschaft.