En NASA/ESA Hubble Space Telescope-bild av det snabbt blekande eldklotet med synligt ljus från en gammastrålning (GRB) i en avlägsen galax. En ny studie använde spektra av 140 GRB efterglöd för att uppskatta mängden joniserande strålning från massiva stjärnor som flyr från galaxer för att jonisera det intergalaktiska mediet, och finner det överraskande resultatet att den är väldigt liten. Kredit:Andrew Fruchter (STScI) och NASA/ESA
Den glest fördelade heta gasen som finns i utrymmet mellan galaxer, det intergalaktiska mediet, är joniserad. Frågan är, hur? Astronomer vet att när det tidiga universum expanderade och svalnade tillräckligt, väte (dess huvudbeståndsdel) rekombineras till neutrala atomer. Sedan, en gång började nybildade massiva stjärnor lysa i den så kallade "återjoniseringens era, "Deras extrema ultravioletta strålning joniserade förmodligen gasen i processer som fortsätter idag. Ett av nyckelstegen, dock, inte är väl förstådd, nämligen i vilken utsträckning stjärnens joniserande strålning flyr från galaxerna in i IGM. Bara om andelen som rymde var tillräckligt hög under återjoniseringens era kunde stjärnljuset ha gjort jobbet, annars krävs någon annan betydande källa för joniserande strålning. Det kan innebära att det finns en viktig population av mer exotiska föremål som svaga kvasarer, röntgenbinära stjärnor, eller kanske till och med ruttnande/förintande partiklar.
Direkta studier av extremt ultraviolett ljus är svåra eftersom den neutrala gasen absorberar det mycket starkt. Eftersom universum expanderar, det absorberade spektrumet täcker mer och mer av det optiska området med avstånd tills optiska observationer av kosmologiskt avlägsna galaxer är i huvudsak omöjliga. CfA-astronomen Edo Berger gick med i ett stort team av kollegor för att uppskatta mängden absorberande gas genom att titta på spektra av gammastrålning (GRB) efterglöd. GRB är mycket ljusa skurar av strålning som produceras när kärnan i en massiv stjärna kollapsar. De är tillräckligt ljusa för att när deras strålning absorberas i smala spektraldrag av gas längs siktlinjen, dessa egenskaper kan mätas och användas för att beräkna mängden absorberande atomärt väte. Det siffran kan sedan direkt omvandlas till en flyktfraktion för den associerade galaxens ultravioletta ljus. Även om en enda observation av en GRB i en galax inte ger ett robust mått, ett urval av GRB tros kunna ge ett representativt mått över alla siktlinjer till massiva stjärnor.
Astronomerna mätte noggrant spektra av 140 GRB efterglöd i galaxer som sträckte sig så långt bort som epoker något mindre än en miljard år efter big bang. De hittar en anmärkningsvärt liten flyktfraktion – mindre än cirka 1 % av de joniserande fotonerna tar sig ut i det intergalaktiska mediet. Det dramatiska resultatet visar att stjärnor bara ger ett litet bidrag till budgeten för joniserande strålning i universum från den tidiga perioden fram till idag, inte ens i galaxer som aktivt skapar nya stjärnor. Författarna diskuterar möjliga orsaker till varför GRB:er kanske inte ger ett korrekt mått på absorptionen, även om ingen är särskilt övertygande. Resultatet behöver bekräftelse och ytterligare mätningar, men föreslår att en allvarlig omprövning av den joniserande budgeten för universums intergalaktiska medium behövs.