Sebbene l'universo sia iniziato con il botto, si è rapidamente evoluto in un ambiente relativamente fresco, luogo oscuro. Dopo qualche centinaio di migliaia di anni le luci si sono riaccese e gli scienziati stanno ancora cercando di capirne il motivo.

Gli astronomi sanno che la reionizzazione ha reso l'universo trasparente consentendo alla luce proveniente da galassie lontane di viaggiare quasi liberamente attraverso il cosmo per raggiungerci.

Però, gli astronomi non comprendono appieno il tasso di fuga dei fotoni ionizzanti dalle prime galassie. Quel tasso di fuga è cruciale, ma ancora un valore scarsamente vincolato, il che significa che c'è un'ampia gamma di limiti superiori e inferiori nei modelli sviluppati dagli astronomi.

Tale limitazione è in parte dovuta al fatto che gli astronomi si sono limitati a metodi indiretti di osservazione dei fotoni ionizzanti, il che significa che possono vedere solo alcuni pixel dell'oggetto e quindi fare supposizioni su aspetti invisibili. Rilevamento diretto, o osservando direttamente un oggetto come una galassia con un telescopio, fornirebbe una stima molto migliore del loro tasso di fuga.

In un articolo appena pubblicato, un team di ricercatori, guidato da un'università della California, Studente laureato di Riverside, ha utilizzato un metodo di rilevamento diretto e ha riscontrato che i vincoli utilizzati in precedenza sono stati sopravvalutati di cinque volte.

"Questa scoperta apre la questione se le galassie da sole siano responsabili della reionizzazione dell'universo o se le galassie nane deboli oltre i nostri attuali limiti di rilevamento abbiano frazioni di fuga più elevate per spiegare il budget di radiazione necessario per la reionizzazione dell'universo, " disse Kaveh Vasei, lo studente laureato che è l'autore principale dello studio.

È difficile capire le proprietà dell'universo primordiale in gran parte perché questo era più di 12 miliardi di anni fa. È noto che intorno al 380, 000 anni dopo il Big Bang, elettroni e protoni si uniscono per formare per la prima volta atomi di idrogeno. Costituiscono più del 90% degli atomi dell'universo, e può assorbire in modo molto efficiente fotoni ad alta energia e diventare ionizzati.

Però, c'erano pochissime fonti per ionizzare questi atomi nell'universo primordiale. Un miliardo di anni dopo il Big Bang, il materiale tra le galassie è stato reionizzato ed è diventato più trasparente. Si ritiene che la principale fonte di energia della reionizzazione siano le stelle massicce formate all'interno delle prime galassie. Queste stelle hanno avuto una vita breve e di solito sono nate in mezzo a dense nubi di gas, il che ha reso molto difficile la fuga dei fotoni ionizzanti dalle loro galassie ospiti.

Precedenti studi hanno suggerito che circa il 20% di questi fotoni ionizzanti deve sfuggire all'ambiente di gas denso delle loro galassie ospiti per contribuire in modo significativo alla reionizzazione del materiale tra le galassie.

Sfortunatamente, un rilevamento diretto di questi fotoni ionizzanti è molto impegnativo e gli sforzi precedenti non hanno avuto molto successo. Perciò, i meccanismi che portano alla loro fuga sono poco conosciuti.

Ciò ha portato molti astrofisici a utilizzare metodi indiretti per stimare la frazione di fotoni ionizzanti che sfuggono alle galassie. In un metodo popolare, si presume che il gas abbia una distribuzione a "staccionata", dove si presume che lo spazio all'interno delle galassie sia composto da entrambe le regioni di pochissimo gas, che sono trasparenti alla luce ionizzante, o regioni di gas denso, che sono opachi. I ricercatori possono determinare la frazione di ciascuna di queste regioni studiando la luce (spettri) che emerge dalle galassie.

In questo nuovo studio condotto da UC Riverside, gli astronomi hanno misurato direttamente la frazione di fotoni ionizzanti che fuoriescono dal Cosmic Horseshoe, una galassia lontana con lenti gravitazionali. La lente gravitazionale è la deformazione e l'amplificazione di un oggetto sullo sfondo mediante la curvatura dello spazio e del tempo dovuta alla massa di una galassia in primo piano. I dettagli della galassia sullo sfondo vengono quindi ingranditi, permettendo ai ricercatori di studiare più chiaramente la sua luce e le sue proprietà fisiche.

Sulla base del modello di steccato, ci si aspettava una frazione di fuga del 40% per i fotoni ionizzanti dal ferro di cavallo. Perciò, il Ferro di Cavallo rappresentava l'occasione ideale per ottenere per la prima volta un chiaro, un'immagine risolta della fuoriuscita di fotoni ionizzanti per aiutare a comprendere i meccanismi con cui sfuggono alle galassie ospiti.

Il team di ricerca ha ottenuto un'immagine profonda del ferro di cavallo con il telescopio spaziale Hubble in un filtro ultravioletto, consentendo loro di rilevare direttamente i fotoni ionizzanti in fuga. Sorprendentemente, l'immagine non ha rilevato fotoni ionizzanti provenienti dal ferro di cavallo. Questo team ha vincolato la frazione di fotoni in fuga a essere inferiore all'8%, cinque volte più piccolo di quanto era stato dedotto dai metodi indiretti ampiamente utilizzati dagli astronomi.

"Lo studio conclude che la frazione precedentemente determinata di fuga di radiazioni ionizzanti delle galassie, come stimato dal metodo indiretto più diffuso, è probabilmente sopravvalutato in molte galassie, " ha detto Brian Siana, co-autore del documento di ricerca e assistente professore presso UC Riverside. "Il team si sta ora concentrando sulla determinazione diretta della frazione di fotoni ionizzanti in fuga che non si basano su stime indirette".

Questo articolo, "La frazione di fuga del continuum lyman del ferro di cavallo cosmico:un test di stime indirette, " è stato pubblicato su Giornale Astrofisico .