На изображении показано, как массивные звёзды испускают ионизирующее излучение, однако газ, увлечённый галактическими ветрами от сверхновых, может препятствовать выходу этого излучения за пределы галактики. Источник: SciTechDaily.
Астрономы долгое время считали, что мощные ветры, возникающие при взрывах звёзд, прокладывают ультрафиолетовому излучению путь из молодых галактик. Новое исследование близких галактик, о котором сообщает SciTechDaily, показывает, что такие ветры, напротив, могут затруднять выход излучения. Это ставит под сомнение одну из ведущих гипотез о том, как Вселенная вышла из тумана нейтрального водорода.
В течение первого миллиарда лет после Большого взрыва этот туман делал Вселенную непрозрачной для ультрафиолета. Просветление началось в эпоху реионизации примерно 13 миллиардов лет назад. Энергичное излучение ранних галактик сталкивалось с нейтральными атомами водорода и разделяло их на заряженные протоны и электроны. «Когда оно ионизировало большую часть водорода, заполняющего межгалактическое пространство, реионизация завершилась, и мы видим Вселенную такой, какая она сегодня, — сказал Коди Карр, постдокторант кафедры астрономии Мичиганского университета. — Мы называем реионизацию последним крупным фазовым переходом Вселенной».
Чтобы преобразовать газ между галактиками, излучению сначала нужно было покинуть породившие его галактики. Астрономы предполагали, что сверхновые создают ветры, способные перестраивать галактики и расчищать пути в окружающем газе. «По сути, то, как эти галактики выпускали ионизирующее излучение, оказалось не таким, как мы думали», — отметил Карр.
Карр руководил исследованием, работая постдокторантом в Чжэцзянском университете в Китае, а затем продолжил его в Мичигане. Международная команда, включающая исследователей Мичиганского университета, наблюдала с помощью телескопа Hubble близкие галактики со вспышками звездообразования, где звёзды рождаются особенно интенсивно. Такие галактики похожи на те, что, вероятно, участвовали в реионизации ранней Вселенной, и позволяют изучить, как излучение выходит наружу. Учёные проанализировали спектры галактик и измерили скорости их ветров: газ в ветрах поглощает свет на определённых длинах волн, а положение и ширина провалов показывают, как движется газ. Галактики с самыми быстрыми ветрами выпускали наименьшую долю ионизирующего излучения.
«Похоже, что энергия сверхновых перемешала окружение и увеличила, а не уменьшила покрытие нейтральным газом и пылью, которое подавляет выход ионизирующего излучения», — сказал Стефан Маккэндлисс, один из старших авторов работы и директор Центра астрофизических наук Университета Джонса Хопкинса. Результаты, опубликованные в Nature Astronomy, усиливают альтернативное объяснение, связанное с активностью молодых звёзд: излучение и менее мощные ветры в окрестностях этих звёзд могут помогать свету выходить. «Наши наблюдения показывают, что фотоны выходят ещё до формирования галактических ветров», — сказал Карр.
Исследователи добиваются дополнительного времени наблюдений на Hubble, чтобы изучить другие галактики и проверить роль этих менее мощных ветров. Телескоп Hubble — миссия NASA, запущенная при участии Европейского космического агентства; исследование также поддержано грантом, которым управляет Научный институт космического телескопа. Связь поведения близких галактик с ранним преобразованием Вселенной пока не установлена. «Мы не знаем точно, какие объекты вызвали реионизацию и как она развивалась, — сказал Карр. — Мы знаем, что она произошла, но полных ответов на эти вопросы у нас нет». Полученные данные уже могут использоваться в компьютерных моделях реионизации, в частности для описания того, как активность звёзд меняет газ, через который проходит излучение. «Сверхновые играют центральную роль в космологических гидродинамических моделях, объясняющих выход ионизирующего излучения из галактик, — сказал Рэнью Цэнь, один из старших авторов и директор Центра космологии и вычислительной астрофизики Чжэцзянского университета. — Наши результаты показывают необходимость изучить, как излучение и ветры молодых звёзд формируют окружающий газ ещё до взрыва первых сверхновых».