Co zjonizowało wszechświat?

Rzadki gorący gaz, który możemy znaleźć w przestrzeni między galaktykami, tak zwany ośrodek międzygalaktyczny, jest zjonizowany. Pytanie jednak: dlaczego? Astronomowie wiedzą, że gdy wczesny wszechświat się rozszerzał i ochładzał, wodór (jego główny składnik) uległ rekombinacji w neutralne atomy. Następnie gdy nowo uformowane masywne gwiazdy zaczęły świecić w tak zwanej “erze rejonizacji”, ich silne promieniowanie ultrafioletowe prawdopodobnie zjonizował gaz w procesach, które trwają do dzisiaj. Jeden z głównych etapów jednak wciąż nie ma swojego uzasadnienia: zakres w jakim jonizujące promieniowanie gwiazd ucieka z galaktyk w ośrodek międzygwiezdny (IGM, ang. intergalactic medium). Tylko jeżeli część promieniowania uciekająca z galaktyk była wystarczająco duża w erze rejonizacji, gwiazdy mogły za to odpowiadać, w przeciwnym razie potrzebujemy innego znaczącego źródła promieniowania jonizującego. To może wskazywać na obecność istotnej populacji bardziej egzotycznych obiektów takich jak słabe kwazary, rentgenowskie układy podwójne gwiazdy lub nawet rozpadające/anihilujące się cząstki.

Bezpośrednie badania promieniowania ultrafioletowego są trudne ponieważ obojętny gaz bardzo silnie je pochłania. Ponieważ wszechświat się rozszerza, pochłonięte widmo pokrywa coraz większą część zakresu optycznego z odległością, aż w pewnym momencie optyczne obserwacje kosmologicznie odległych galaktyk stają się praktycznie niemożliwe. Astronom Edo Berger z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian (CfA) dołączył do dużego zespołu, który szacował ilość pochłaniającego promieniowanie gazu przyglądając się widmom poświat po rozbłyskach promieniowania gamma (GRB). GRB to bardzo jasne rozbłyski promieniowania emitowane w momencie kolapsu jądra masywnej gwiazdy. Są one wystarczająco jasne, że gdy ich promieniowanie jest pochłaniane w wąskim pasmie widma przez gaz znajdującej się na naszej linii wzroku, linie te można zmierzyć i obliczyć na ich podstawie ilość pochłaniającego gazu atomowego. Liczbę tą można następnie bezpośrednio przekształcić na ilość promieniowania ultrafioletowego uciekającego z galaktyki. Choć pojedyncze obserwacje GRB w jednej galaktyce nie dostarczają dobrej miary, próbka GRB może być w stanie dostarczyć wiarygodnych pomiarów wzdłuż linii wzroku do masywnych gwiazd.

Astronomowie dokładnie zmierzyli widma 140 poświat GRB w galaktykach w epokach odległych na tyle, że widzimy je w mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu. W ten sposób zmierzono, że z galaktyk ucieka zaskakująco mało promieniowania – mniej niż 1% jonizujących fotonów dociera do ośrodka międzygwiezdnego. Dramatyczne wyniki wskazują, że gwiazdy dostarczają tylko niewielkiego wkładu do budżetu promieniowania jonizującego we wszechświecie, od tego wczesnego okresu po dziś dzień, nawet gwiazdy znajdujące się w galaktykach gwiazdotwórczych. Autorzy rozważają możliwe powody, dla których GRB mogą nie stanowić precyzyjnego mechanizmu pomiaru absorpcji, ale żaden z nich nie jest szczególnie przekonujący. Wyniki wymagają potwierdzenia i dodatkowych pomiarów, ale wskazują, że potrzeba poważnych badań jonizującego budżetu ośrodka międzygalaktycznego we wszechświecie.

Źródło: CfA

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.