Helle Galaxien, die Seifenblasen durchbrennen | Astrobiten

Papiertitel: DEUTLICH: Erhöhte Lyα-Transmission des intergalaktischen Mediums in UV-hellen Galaxien

Autoren: Intae Jung, Casey Papovich, Steven L. Finkelstein, Raymond C. Simons, Vicente Estrada-Carpenter, Bren E. Backhaus, Nikko J. Cleri, Kristian Finlator, Mauro Giavalisco, Zhiyuan Ji, Jasleen Matharu, Ivelina Momcheva, Amber N. Straughn , Jonathan R. Trumpf

Institution des Erstautors: Wissenschaftliche Abteilung für Astrophysik, Goddard Space Flight Center

Status: Erste Überarbeitung bei ApJ eingereicht [open access upon publication]

Manchmal können uns die Dinge, die wir nicht sehen, dennoch einen Einblick geben. Diese Strategie, Hinweise sowohl von Entdeckungen als auch von Nicht-Erkennungen zu erhalten, ist in der Astronomie üblich, und die Nicht-Erkennungen in der heutigen Veröffentlichung werden verwendet, um den Prozess von besser zu verstehen Reionisierung. Irgendwann während der ersten Milliarde Jahre des Universums, einer Übergangsperiode, die als die Epoche der Reionisierung (EoR) stattfand, als sich die ersten Sterne und Galaxien bildeten und anfingen, hochenergetisches Licht auszusenden ionisiert das dann meistens neutraler Wasserstoff Gas, das das Universum füllt. Ionisierende Strahlung kann Elektronen von neutralen Wasserstoffatomen wegstoßen, und im EoR geschah dies genug, um das Gas des Universums fast vollständig zu ionisieren.

Ein Krimi

Frühe Galaxien sind eine Hauptquelle ionisierender Photonen und vielleicht die Haupttreiber dieses Ionisierungsprozesses; Eigenschaften früher Galaxien und wie sie sich in den ersten Milliarden Jahren entwickelt haben, hat große Auswirkungen auf Prozesse innerhalb des EoR. Das Verständnis, wie viele Photonen produziert werden, und ob es ihnen dann gelingt, ihren Galaxien zu entkommen und das neutrale Gas um sie herum zu ionisieren, hängt jedoch stark von den physikalischen Bedingungen jeder Galaxie ab und ist daher schwierig einzuschränken und vorherzusagen. Diese Herausforderungen führen zu weiteren Herausforderungen bei der genauen Bestimmung, wann und wo die Reionisation stattgefunden hat und welche Arten von Galaxien hauptsächlich dafür verantwortlich waren.

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Verfolgen der Stärke der Emission von der Lyman-Alpha (n=2 bis n=1) Übergang Wasserstoff aus frühen Galaxien kann uns ein Gefühl dafür geben, wo und wer: Welche Arten von Galaxien produzieren mehr ionisierende Photonen und sind sie zusammengeballt oder verstreut? Diese Fragestellung entspricht der räumlichen Evolution der Reionisierung. Indem verfolgt wird, welcher Anteil im Laufe der Zeit ionisiert wurde, kann auch die zeitliche Entwicklung der Reionisierung eingeschränkt werden.

Die heutige Abhandlung versucht, dem Krimi der Reionisierung auf den Grund zu gehen und konzentriert sich dabei auf Galaxien im EoR. Genauer gesagt zielen sie darauf ab, zwischen helleren und schwächeren Galaxien zu unterscheiden, insbesondere im ultravioletten (UV) Bereich, wo Photonen hoch genug sind, um Wasserstoff zu ionisieren. Indem sie Trends zwischen der Fähigkeit einer Galaxie, ionisierende Photonen zu emittieren, und der Reionisation in ihrer Nähe bestimmen, können sie die Idee testen, dass UV-helle Galaxien in stark ionisierten Gasblasen sitzen und dass die Reionisation in diesen überdichten Regionen von Galaxien in den Blasen beschleunigt wird ( dargestellt in Abbildung 1).

Abbildung 1. Darstellung der vielfältigen Prozesse während der Reionisierung, wobei die UV-helleren Galaxien (größere Symbole) in größeren ionisierten Blasen (schwarz) innerhalb des neutralen Gases (weiß) sitzen. Die ionisierten Blasen schaffen eine Umgebung, in der die Lyman-Alpha-Photonen entweichen und das umgebende Gas leichter ionisieren können. Weitere UV-schwache Galaxien existieren wahrscheinlich in den Galaxienüberdichten innerhalb der Blasen, sind aber zu schwach, um mit dem aktuellen Datensatz erkannt zu werden. Abbildung 5 im Papier.

Ungleiche äquivalente Breiten

Das Papier versucht, eine Hauptfrage zu beantworten: Gibt es eine Entwicklung der Lyman-Alpha-Emission in EoR-Galaxien in Bezug auf die UV-Helligkeit dieser Galaxien? Um dies zu beantworten, messen sie die Stärke der Lyman-Alpha-Emission mit einer Größe namens gleichwertige Breite als Funktion beider Rotverschiebung und die intrinsische UV-Helligkeit. In ihrer Probe hatten sie ein paar hundert Galaxien mit detaillierten Angaben spektroskopisch Beobachtungen, wobei dieses Papier neue Daten aus der präsentiert Hubble-Weltraumteleskop. Mit diesen Daten suchte das Team nach Signalen (Kontinuum) oder Lyman-Alpha-Emissionslinien und fand keine überzeugende Lyman-Alpha-Emission oder Kontinuum detektierte Galaxien innerhalb der Spektren.

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Dennoch können diese Nichtdetektionen dazu beitragen, die Stärke der Lyman-Alpha-Emission einzuschränken, die von den Galaxien kommt. Die Logik ist, dass sie etwas bei der Empfindlichkeit ihrer Beobachtungen hätten entdecken können (oder sogar sollen), wenn es keine Rotverschiebungsentwicklung von gleicher Breite vor und nach dem nahen Ende des EoR gibt (Rotverschiebung z ~ 6). Dies schließt im Grunde das Vorhandensein einer starken Lyman-Alpha-Emission (mit anderen Worten hohe äquivalente Breiten) in dieser Probe aus, die mehr UV-schwache Galaxien enthielt als ihre entdeckte Probe aus früheren Arbeiten.

Durch den Vergleich der entdeckten und nicht entdeckten Quellen und die Durchführung einiger Simulationen von Scheinbeobachtungen finden die Autoren einige Beweise für eine unterschiedliche Entwicklung der Stärke der Lyman-Alpha-Emissionslinie zwischen hellen und schwachen Galaxien durch das EoR. Ihre Analyse stimmt mit einem Bild überein, in dem die Reionisierung räumlich inhomogen ist, mit großen ionisierten Blasen, die von hellen Galaxien erzeugt werden, die die Lyman-Alpha-Übertragung verstärkt haben (Abbildung 1). Sie stellen fest, dass die Reionisierung wahrscheinlich ziemlich kompliziert ist, mit großen räumlichen und zeitlichen Variationen und komplexen und variablen Prozessen. Obwohl wir etwas von dem lernen können, was wir nicht sehen, funktioniert das Jetzt JWST und andere Teleskope der nächsten Generation werden für schwächere entfernte Galaxien empfindlich sein, Erkennungen ermöglichen und ein klareres Bild des EoR erhalten.

Astrobite herausgegeben von Evan Lewis

Ausgewählte Bildquelle: DepositPhotos (Blasen) & NASA, ESA, J Lotz und das HFF-Team bei STSci (Galaxienhaufen)

Über Olivia Cooper

Ich bin ein Doktorand im zweiten Jahr an der UT Austin und studiere das verdeckte frühe Universum, insbesondere die Entstehung und Entwicklung von staubigen sternbildenden Galaxien. Im Grundstudium am Smith College habe ich Astrophysik und Kommunikation zum Klimawandel studiert. Abgesehen davon, dass ich Wissenschaft mit hübschen Bildern von fernen Galaxien mache, fahre ich auch gerne mitten ins Nirgendwo, um hübsche Bilder von unserer eigenen Galaxie zu machen!

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