Ветры от взрывов звёзд могут мешать выходу ультрафиолета из галактик
Коди Карр: ультрафиолет покидает галактики ещё до появления крупных ветров
Наблюдения космического телескопа «Хаббл» показали: потоки газа после взрывов сверхновых могут удерживать ультрафиолет внутри галактик. Результат ставит под вопрос одно из объяснений того, как Вселенная стала прозрачной для этого света.
Международная команда с участием астрономов Мичиганского университета изучила близкие галактики, где особенно активно рождаются звёзды. Такие объекты служат современными аналогами галактик, которые, предположительно, участвовали в реионизации ранней Вселенной.
Исследователи сопоставили скорость галактических ветров с долей выходящего наружу ионизирующего излучения — света, способного отрывать электроны от атомов водорода. Самые быстрые потоки газа сопровождались наименьшей долей покидающего галактику излучения.
Работа опубликована в Nature Astronomy. Её возглавил Коди Карр: исследование он провёл во время работы в Чжэцзянском университете в Китае, прежде чем перейти в Мичиганский университет. В проекте участвовали почти 30 учёных из более чем дюжины организаций по всему миру, в том числе профессор астрономии Мичиганского университета Салли Ой.
Как водород задерживал свет
В течение первого миллиарда лет после Большого взрыва пространство между галактиками заполнял нейтральный водород. Он поглощал ультрафиолет, мешая ему распространяться на большие расстояния.
Примерно 13 миллиардов лет назад началась реионизация. Излучение ранних галактик отрывало электроны от атомов водорода: вместо нейтральных атомов оставались положительно заряженные протоны и свободные электроны. По мере этого превращения ультрафиолет проходил всё дальше через межгалактическое пространство.
Карр отметил, что реионизацию называют последним крупным фазовым переходом Вселенной. При этом астрономы пока не установили точно, какие объекты обеспечили необходимое излучение и каким образом достаточное его количество смогло выйти из галактик.
Одно из распространённых объяснений отводило ключевую роль сверхновым — взрывам, которыми завершается жизнь некоторых звёзд. Предполагалось, что порождённые взрывами ветры оттесняют газ вокруг молодых звёзд, открывая свету путь наружу. Новые наблюдения указывают, что эти потоки могут давать обратный эффект.
Что показали спектры галактик
«Хаббл» — миссия NASA при участии Европейского космического агентства — позволил подробно исследовать спектры выбранных галактик. Спектр показывает, сколько света приходится на разные длины волн. Газ поглощает отдельные длины волн, оставляя характерные провалы, по положению и форме которых можно судить о его движении.
Именно эти измерения позволили сравнить скорости ветров с выходом излучения. Если бы сильные потоки расчищали больше пространства, наружу должно было бы уходить больше света. Однако исследователи обнаружили противоположную связь.
Старший автор работы Стефан Маккэндлисс, директор Центра астрофизических наук Университета Джонса Хопкинса, предположил, что энергия сверхновых перемешивает окружающее вещество. В результате нейтральный газ и пыль могут перекрывать больше путей для выхода ионизирующего излучения.
По словам Карра, наблюдения указывают, что фотоны — отдельные порции световой энергии — покидают галактики ещё до появления крупных ветров. Это поддерживает версию, согласно которой ультрафиолет молодых массивных звёзд успевает выйти прежде, чем начнутся взрывы сверхновых.
Почему важны молодые звёзды
Более слабые ветры и другие процессы возле молодых звёзд всё же могут создавать просветы в газе. Они способны действовать до первых сверхновых, когда условия для выхода излучения благоприятнее.
Старший автор исследования Жэньюэ Цэнь, профессор и директор Центра космологии и вычислительной астрофизики Чжэцзянского университета, отметил, что сверхновым отводится центральная роль в компьютерных моделях выхода излучения из галактик. По его словам, новые результаты требуют внимательнее изучать, как свет и ветры молодых звёзд меняют газ до первых взрывов. Учёт этих взаимодействий может помочь точнее воспроизвести реионизацию в моделях.
Наблюдения пока не дают окончательного ответа о причинах этого перехода. Карр и коллеги добиваются дополнительного времени на «Хаббле», чтобы изучить больше галактик и проверить, повторяется ли обнаруженная связь в других объектах.
Между прочим. Ультрафиолет занимает участок электромагнитного спектра между видимым светом и рентгеновским излучением. Его длины волн составляют от 10 до 400 нанометров.
