Проведено спостереження галактик епохи реіонізації

Виконавши спектроскопічне дослідження галактик із червоним зміщенням, приблизно рівним семи, астрономи простежили, як у молодому Всесвіті змінювався вміст нейтрального водню.

Міжнародна група астрономів виконала спектроскопічні спостереження двадцяти віддалених галактик епохи реіонізації, одного з найважливіших етапів розвитку молодого Всесвіту.

Варто одразу нагадати, що Всесвіт на початку свого існування був (імовірно) заповнений плазмою, але подальше розширення й охолодження зробили утворення нейтрального водню енергетично вигідним, і частка вільних електронів та протонів різко знизилася. Джерел випромінювання в той період не було, тому його називають «темними віками». Невдовзі у Всесвіті почали з’являтися перші зорі й галактики, випромінювання яких запустило процес реіонізації — повторної іонізації газу. Коли він завершився, міжгалактичний простір став прозорим для фотонів УФ-випромінювання, які раніше поглинав нейтральний водень.

Обробляючи останні дані з «Габбла», учені виділили досить велику групу віддалених галактик, які могли брати участь у реіонізації. Проте ці результати вважали не надто надійними, оскільки оцінку червоного зміщення для галактик у вибірці не перевіряли спектроскопічними методами.

Галактика NTTDF–6345 (червоний об’єкт у центрі), яку ми бачимо такою, якою вона була через 840 млн років після Великого вибуху (ілюстрація ESO / L. Pentericci).

У новій роботі, присвяченій, на відміну від інших, спектроскопічним спостереженням, перевірили 20 кандидатів у віддалені галактики з червоним зміщенням z ~ 7, що приблизно відповідає відстані 13 млрд світлових років. Дослідження, орієнтоване на реєстрацію спектральної лінії лайман-альфа (L_α), проводили влітку 2010-го на спектрографі FORS2 «Дуже великого телескопа». L_α у спектрі водню відповідають перехід атомів із першого збудженого стану в основний і довжина хвилі 1215,7 Å, що потрапляє в область вакуумного ультрафіолету.

Потрібну лінію виявили у спектрах п’яти галактик. Початкова оцінка червоного зміщення всюди виявилася близькою до істинних значень: п’ять виміряних величин z потрапляють у діапазон 6,7 < z < 7,1. Наприклад, у галактики NTTDF–6345 L_α лежить на 9364 Å, що дає z = (9364 – 1215,7)/1215,7 = 6,7. У всіх п’яти випадках учені також визначили еквівалентну ширину лінії L_α, яка показує, якій ділянці неперервного спектра поблизу спектральної лінії відповідає її повна інтенсивність.

Спектри п’яти галактик із позначеними лініями лайман-альфа. Сірим показано лінії спектра нічного неба, що заважають астрономам. (Ілюстрація з Astrophysical Journal.)

Оскільки еквівалентна ширина характеризує інтенсивність лінії лайман-альфа, спостереження за зміною ширини з часом дають змогу оцінити ефект реіонізації. Порівнюючи отримані результати з відомими даними про менш віддалені галактики на z ~ 6, астрономи відзначили явну нестачу об’єктів із середньою (20–55 Å) еквівалентною шириною L_α; отже, частка нейтрального водню у Всесвіті на часово́му відрізку 6 < z < 7 знижувалася дуже швидко. «Ми бачимо різку зміну умов у молодому Всесвіті, — говорить керівниця роботи Лаура Пентеріччі (Laura Pentericci) з Римської астрономічної обсерваторії. — Коли його вік становив 780 млн років, у ньому було досить багато нейтрального водню, але вже через 200 млн його кількість скоротилася, що сприяло поширенню випромінювання лайман-альфа».

Галактики наприкінці епохи реіонізації:

Повну версію звіту буде опубліковано у виданні Astrophysical Journal; текст статті можна завантажити звідси.

Підготовлено за матеріалами Європейської організації астрономічних досліджень у Південній півкулі.

Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.