Även om universum började med en smäll, utvecklades det snabbt till en relativt cool, mörk plats. Efter några hundra tusen år tändes lamporna igen och forskare försöker fortfarande ta reda på varför.

Astronomer vet att återjonisering gjorde universum transparent genom att låta ljus från avlägsna galaxer resa nästan fritt genom kosmos för att nå oss.

Dock, astronomer förstår inte fullt ut flyktfrekvensen för joniserande fotoner från tidiga galaxer. Att flyktigheten är avgörande, men fortfarande ett dåligt begränsat värde, vilket betyder att det finns ett brett spektrum av övre och nedre gränser i modellerna som utvecklats av astronomer.

Denna begränsning beror delvis på det faktum att astronomer har begränsats till indirekta metoder för observation av joniserande fotoner, vilket betyder att de kanske bara ser några pixlar av objektet och sedan gör antaganden om osynliga aspekter. Direkt upptäckt, eller direkt observera ett objekt som en galax med ett teleskop, skulle ge en mycket bättre uppskattning av deras flyktfrekvens.

I ett nyss publicerat papper, ett team av forskare, ledd av ett universitet i Kalifornien, Riverside doktorand, använde en direktdetekteringsmetod och fann att de tidigare använda begränsningarna har överskattats fem gånger.

"Detta fynd öppnar frågor om galaxerna ensamma är ansvariga för universums rejonisering eller om svaga dvärggalaxer utanför våra nuvarande detektionsgränser har högre flyktfraktioner för att förklara strålningsbudgeten som är nödvändig för universums rejonisering, "sa Kaveh Vasei, doktoranden som är huvudförfattare till studien.

Det är svårt att förstå egenskaperna hos det tidiga universum till stor del eftersom det var mer än 12 miljarder år sedan. Det är känt att omkring 380, 000 år efter Big Bang, elektroner och protoner bundna samman för att bilda väteatomer för första gången. De utgör mer än 90 procent av atomerna i universum, och kan mycket effektivt absorbera foton med hög energi och bli joniserade.

Dock, det fanns väldigt få källor för att jonisera dessa atomer i det tidiga universum. En miljard år efter Big Bang, materialet mellan galaxerna rejoniserades och blev mer transparent. Den huvudsakliga energikällan för rejoniseringen antas allmänt vara massiva stjärnor som bildas i tidiga galaxer. Dessa stjärnor hade en kort livslängd och föddes vanligtvis mitt i täta gasmoln, vilket gjorde det mycket svårt för joniserande fotoner att fly sina värdgalaxer.

Tidigare studier tyder på att cirka 20 procent av dessa joniserande fotoner behöver fly från den täta gasmiljön i sina värdgalaxer för att avsevärt bidra till rejonisering av materialet mellan galaxerna.

Tyvärr, en direkt detektion av dessa joniserande fotoner är mycket utmanande och tidigare ansträngningar har inte varit särskilt framgångsrika. Därför, mekanismerna som leder till deras flykt är dåligt förstådda.

Detta har fått många astrofysiker att använda indirekta metoder för att uppskatta andelen joniserande fotoner som flyr från galaxerna. I en populär metod, gasen antas ha en "staketstängning" -fördelning, där rymden inom galaxerna antas vara sammansatt av antingen regioner med mycket lite gas, som är transparenta för joniserande ljus, eller områden med tät gas, som är ogenomskinliga. Forskare kan bestämma fraktionen av var och en av dessa regioner genom att studera ljuset (spektra) som kommer från galaxerna.

I denna nya UC Riverside-ledda studie, astronomer mätte direkt andelen joniserande fotoner som flyr från den kosmiska hästskon, en avlägsen galax som är gravitationellt linsad. Gravitationslinsering är deformation och förstärkning av ett bakgrundsobjekt genom krökning av rum och tid på grund av massan av en förgrundsgalax. Detaljerna om galaxen i bakgrunden förstoras därför, tillåter forskare att studera dess ljus och fysiska egenskaper tydligare.

Baserat på modellen för staketet, en flyktfraktion på 40 procent för joniserande fotoner från Horseshoe förväntades. Därför, Hästskon representerade en idealisk möjlighet att för första gången få en tydlig, upplöst bild av läckande joniserande fotoner för att hjälpa till att förstå mekanismerna genom vilka de flyr från sina värdgalaxer.

Forskargruppen fick en djup bild av Horseshoe med Hubble -rymdteleskopet i ett ultraviolett filter, gör det möjligt för dem att direkt upptäcka rymande joniserande fotoner. Förvånande, bilden upptäckte inte joniserande fotoner som kom från hästskon. Detta team begränsade andelen flyktiga fotoner till mindre än 8 procent, fem gånger mindre än vad som hade antagits av indirekta metoder som i stor utsträckning använts av astronomer.

"Studien drar slutsatsen att den tidigare bestämda fraktionen av rymande joniserande strålning från galaxer, enligt den mest populära indirekta metoden, är sannolikt överskattad i många galaxer, "sa Brian Siana, medförfattare till forskningspapperet och en biträdande professor vid UC Riverside. "Teamet fokuserar nu på direkt bestämning av fraktionen av rymande joniserande fotoner som inte förlitar sig på indirekta uppskattningar."

Detta papper, "Lyman continuum fly fraktionen av den kosmiska hästskon:ett test av indirekta uppskattningar, "har publicerats i Astrofysisk tidskrift .