Gledajući u kozmičko mračno doba

Pogledajte veći. | Glavni koraci u povijesti svemira (a ne razmjera). Plin je bio u neutralnom stanju otprilike 300 000 godina nakon Velikog praska dok ga svjetlo prve generacije zvijezda i galaksija nije počelo ionizirati, to jest uklanjati atome u plinu svojih elektrona. Nova studija ispituje svemir u 800 milijuna godina (žuta kutija) kako bi istražila kada i kako se ta transformacija dogodila. Slika putem NAOJ / NOAO.

Zvjezdana svjetlost je lingua franca našeg svemira; to je jezik koji astronomi moraju naučiti govoriti ako žele razumjeti naše mjesto u prostoru i vremenu. Ali zvjezdano svjetlo nije oduvijek obilježje svemira. U kozmologiji Big Bang-a, nedugo nakon blistavo svijetleg Velikog praska, došlo je vrijeme kada je svemir posve taman. To razdoblje, prije nastanka prvih zvijezda, a smatra se da je trajalo nekoliko stotina milijuna godina u našem svemiru staroj 13, 8 milijardi. Astronomi ga zovu Kozmičko mračno doba. Prošli tjedan (11. srpnja 2017.) Nacionalna optička astronomska opservatorija (NOAO) priopćila je kako su astronomi napravili još jedan korak naprijed u sondiranju ranog svemira otkrićem 23 male galaksije u obliku zvijezda - nazvane Lyman alfa koje emitiraju galaksije ili LAE - pronađene kada svemir je bio star samo 800 milijuna godina. Pronalaženje tih galaksija pomaže im da preciziraju kada su kozmičke tamne ere završile i kada su se formirale prve zvijezde i galaksije. NOAO je rekao:

Rezultati sugeriraju da su se najranije galaksije, koje su osvijetlile i ionizirale svemir, formirale [čak i prije 800 milijuna godina].

Koja su kozmička tamna doba? Evo dobrog opisa s Kavli instituta za astrofiziku i kozmologiju čestica, koji sugerira da je svemir, samo nekoliko stotina tisuća godina nakon Velikog praska:

... počeli su ući u kozmička 'mračna doba' tako nazvani jer su svjetlucave zvijezde i galaksije koje danas vidimo tek trebali oblikovati. Većina materije u kosmosu u ovoj fazi bila je tamna tvar, a oskudna preostala uobičajena tvar sastojala se uglavnom od neutralnog vodika i helija.

Tijekom sljedećih nekoliko stotina milijuna godina, svemir je ušao u ključnu prekretnicu u svojoj evoluciji, poznatoj kao Epoha reonizacije. Tijekom tog razdoblja, prevladavajuća tamna tvar počela se urušavati u halo-strukture kroz vlastitu gravitacijsku privlačnost. Obična materija također se povlačila u ove haloge, s vremenom formirajući prve zvijezde i galaksije, koje su zauzvrat oslobađale velike količine ultraljubičastog svjetla. Ta je svjetlost bila dovoljno energična da ukloni elektrone iz okolne neutralne materije, proces poznat kao kozmička reionizacija.

To je dobar opis onoga što bi se moglo dogoditi da završi kozmičko mračno doba. Astronomi koji rade studije poput ove pokušavaju prikupiti što više promatračkih dokaza. Oni prikazuju kraj kozmičkog mračnog doba koji se događa negdje u intervalu između 300 milijuna i 1 milijarde godina nakon Velikog praska. Stoga žele promatrati galaksije što bliže kraju ovog razdoblja, ali, kako je NOAO rekao u svojoj nedavnoj izjavi, ta zapažanja ostaju "izazov:"

Intergalaktički plin ... snažno apsorbira i raspršuje ultraljubičasto svjetlo koje emitiraju galaksije, čineći ih teškim za otkrivanje.

Pogledajte veći. | Slika lažne boje polja 2 kvadratnog stupnja u polju za ispitivanje LAGER. Male bijele kutije pokazuju položaje 23 LAE-a otkrivenih u istraživanju. Detaljni unosi (žuti) prikazuju dvije najsvjetlije LAE; oni su 0, 5 arcminuta na strani, a bijeli krugovi su promjera 5 luka. Slika putem Zhen-Ya Zheng (SHAO) i Junxian Wang (USTC) / NOAO.

Jedan od načina sondiranja ovog razdoblja u ranom svemiru je potraga za Lyman alfa emisijama galaksija ili LAE. NOAO je rekao:

Kako bi se uključili kada je došlo do transformacije, astronomi imaju neizravan pristup. Pomoću demografije malih galaksija koje formiraju zvijezde kako bi se utvrdilo kada je intergalaktički plin postao ioniziran, oni mogu zaključiti kada se formiraju izvori ioniziranja, prve galaksije.

Ako su galaksije koje formiraju zvijezde, koje blistaju u svjetlu vodikove Lyman alfa linije, okružene neutralnim vodikovim plinom, Lyman alfa fotoni se lako raspršuju, slično kao farovi u magli, zatamnjujući galaksije. Kad se plin ionizira, magla se podiže, a galaksije je lakše detektirati.

NOAO je opisao novi rad astronoma, što je rezultiralo otkrićem 23 kandidatkinje LAE-a, najvećim uzorkom takvih galaksija otkrivenim do danas u toj epohi svemira. Ove male galaksije u obliku zvijezda:

… Bili su prisutni 800 milijuna godina nakon Velikog praska.

Studija je također otkrila da su LAE 4 puta manje uobičajene u 800 milijuna godina nego što su bile nedugo zatim, na milijardu godina. NOAO je rekao:

Rezultati impliciraju da je proces ioniziranja svemira počeo rano i još uvijek je bio nepotpun u 800 milijuna godina, pri čemu je intergalaktički plin bio napola neutraliziran, a pola ioniziran u toj epohi.

Sangeeta Malhotra iz Svemirskog centra za svemirske letove Goddard i Državno sveučilište Arizona izjavila je da istraživanje pokazuje da:

... magla se već dizala kada je svemir bio 5% svoje trenutne dobi.

Malhotra je bio dio međunarodnog tima astronoma iz Kine, SAD-a i Čilea koji je proveo ovo istraživanje. Koristili su kameru tamne energije na Blancovom 4-metarskom teleskopu na međuameričkom opservatoriju Cerro Tololo u Čileu kako bi izveli studiju - Lyman-Alpha Galaxies u epohi reionizacije (LAGER) - objavljenu u recenziranom astrofizičkom časopisu Pisma .

Kamera tamne energije (DECam), koja radi noću, dok promatrač. Slika putem Ankete o tamnoj energiji.

Dno crta: Astronomi su otkrili 23 male galaksije u obliku zvijezda - nazvane Lyman alfa koje emitiraju galaksije, ili LAE - u vrijeme kada je svemir star samo 800 milijuna godina. Pronalaženje tih galaksija pomaže im da preciziraju kada su kozmičke tamne ere završile i kada su se formirale prve zvijezde i galaksije.

Preko NOAO