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    Cosa ha ionizzato l'universo?

    Un'immagine del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA della palla di fuoco a luce visibile in rapida dissolvenza da un lampo di raggi gamma (GRB) in una galassia lontana. Un nuovo studio ha utilizzato gli spettri dei bagliori di 140 GRB per stimare la quantità di radiazione ionizzante da stelle massicce che fuoriesce dalle galassie per ionizzare il mezzo intergalattico, e trova il risultato sorprendente che è molto piccolo. Credito:Andrew Fruchter (STScI) e NASA/ESA

    Il gas caldo scarsamente distribuito che esiste nello spazio tra le galassie, il mezzo intergalattico, è ionizzato. La domanda è, come? Gli astronomi sanno che una volta che l'universo primordiale si è espanso e si è raffreddato abbastanza, idrogeno (il suo costituente principale) ricombinato in atomi neutri. Quindi, una volta che le stelle massicce di nuova formazione iniziarono a brillare nella cosiddetta "era della reionizzazione, " la loro estrema radiazione ultravioletta presumibilmente ha ionizzato il gas in processi che continuano ancora oggi. Uno dei passaggi chiave, però, non è ben compreso, vale a dire la misura in cui la radiazione ionizzante stellare fuoriesce dalle galassie nell'IGM. Solo se la frazione in fuga fosse stata abbastanza alta durante l'era della reionizzazione, la luce delle stelle avrebbe potuto fare il lavoro, altrimenti è necessaria qualche altra fonte significativa di radiazioni ionizzanti. Ciò potrebbe implicare l'esistenza di un'importante popolazione di oggetti più esotici come deboli quasar, Stelle binarie a raggi X, o forse anche particelle in decomposizione/annichilazione.

    Gli studi diretti della luce ultravioletta estrema sono difficili perché il gas neutro la assorbe molto fortemente. Perché l'universo si sta espandendo, lo spettro assorbito copre sempre di più il campo ottico con la distanza fino a quando le osservazioni ottiche di galassie cosmologicamente remote sono sostanzialmente impossibili. L'astronomo CfA Edo Berger si è unito a un ampio team di colleghi per stimare la quantità di gas assorbente osservando gli spettri dei bagliori di lampi di raggi gamma (GRB). I GRB sono esplosioni di radiazioni molto luminose prodotte quando il nucleo di una stella massiccia collassa. Sono abbastanza luminosi che quando la loro radiazione viene assorbita in strette caratteristiche spettrali dal gas lungo la linea di vista, queste caratteristiche possono essere misurate e utilizzate per calcolare la quantità di idrogeno atomico assorbente. Quel numero può quindi essere convertito direttamente in una frazione di fuga per la luce ultravioletta della galassia associata. Sebbene una singola osservazione di un GRB in una galassia non fornisca una misura robusta, si pensa che un campione di GRB sia in grado di fornire una misura rappresentativa attraverso tutte le linee di vista delle stelle massicce.

    Gli astronomi hanno misurato con attenzione gli spettri di 140 GRB residui in galassie che si estendono fino a epoche poco meno di un miliardo di anni dopo il big bang. Trovano una frazione di fuga notevolmente piccola:meno dell'1% circa dei fotoni ionizzanti riesce a penetrare nel mezzo intergalattico. Il drammatico risultato trova che le stelle forniscono solo un piccolo contributo al bilancio delle radiazioni ionizzanti nell'universo da quel primo periodo fino ad oggi, nemmeno nelle galassie che creano attivamente nuove stelle. Gli autori discutono i possibili motivi per cui i GRB potrebbero non fornire una misura accurata dell'assorbimento, anche se nessuno è particolarmente convincente. Il risultato necessita di conferma e misurazioni aggiuntive, ma suggerisce che è necessaria una seria riconsiderazione del bilancio ionizzante del mezzo intergalattico dell'universo.


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