Bien que l'univers ait commencé avec un bang, il a rapidement évolué vers un environnement relativement cool, endroit sombre. Après quelques centaines de milliers d'années, les lumières se sont rallumées et les scientifiques tentent toujours de comprendre pourquoi.

Les astronomes savent que la réionisation a rendu l'univers transparent en permettant à la lumière des galaxies lointaines de voyager presque librement à travers le cosmos pour nous atteindre.

Cependant, les astronomes ne comprennent pas pleinement le taux d'échappement des photons ionisants des premières galaxies. Ce taux d'évasion est un facteur crucial, mais toujours une valeur mal contrainte, ce qui signifie qu'il existe un large éventail de limites supérieures et inférieures dans les modèles développés par les astronomes.

Cette limitation est en partie due au fait que les astronomes se sont limités à des méthodes indirectes d'observation des photons ionisants, ce qui signifie qu'ils peuvent ne voir que quelques pixels de l'objet, puis faire des hypothèses sur des aspects invisibles. Détection directe, ou observer directement un objet tel qu'une galaxie avec un télescope, fournirait une bien meilleure estimation de leur taux d'évasion.

Dans un article qui vient d'être publié, une équipe de chercheurs, dirigé par une université de Californie, Étudiant diplômé de Riverside, a utilisé une méthode de détection directe et a trouvé que les contraintes précédemment utilisées ont été surestimées de cinq fois.

"Cette découverte soulève la question de savoir si les galaxies seules sont responsables de la réionisation de l'univers ou si les galaxies naines faibles au-delà de nos limites de détection actuelles ont des fractions d'échappement plus élevées pour expliquer le budget de rayonnement nécessaire à la réionisation de l'univers, " a déclaré Kaveh Vasei, l'étudiant diplômé qui est l'auteur principal de l'étude.

Il est difficile de comprendre les propriétés de l'univers primitif en grande partie parce que c'était il y a plus de 12 milliards d'années. On sait que vers 380, 000 ans après le Big Bang, électrons et protons liés ensemble pour former des atomes d'hydrogène pour la première fois. Ils constituent plus de 90 pour cent des atomes de l'univers, et peut très efficacement absorber des photons de haute énergie et devenir ionisés.

Cependant, il y avait très peu de sources pour ioniser ces atomes dans l'univers primitif. Un milliard d'années après le Big Bang, le matériau entre les galaxies a été réionisé et est devenu plus transparent. On pense généralement que la principale source d'énergie de la réionisation est constituée d'étoiles massives formées dans les premières galaxies. Ces étoiles avaient une courte durée de vie et naissaient généralement au milieu de nuages ​​de gaz denses, ce qui a rendu très difficile pour les photons ionisants d'échapper à leurs galaxies hôtes.

Des études antérieures ont suggéré qu'environ 20 % de ces photons ionisants doivent s'échapper de l'environnement gazeux dense de leurs galaxies hôtes pour contribuer de manière significative à la réionisation du matériau entre les galaxies.

Malheureusement, une détection directe de ces photons ionisants est très difficile et les efforts précédents n'ont pas été très fructueux. Par conséquent, les mécanismes conduisant à leur évasion sont mal connus.

Cela a conduit de nombreux astrophysiciens à utiliser des méthodes indirectes pour estimer la fraction de photons ionisants qui s'échappent des galaxies. Dans une méthode populaire, le gaz est supposé avoir une distribution en « palissade », où l'espace à l'intérieur des galaxies est supposé être composé de l'une ou l'autre des régions de très peu de gaz, qui sont transparents à la lumière ionisante, ou des régions de gaz dense, qui sont opaques. Les chercheurs peuvent déterminer la fraction de chacune de ces régions en étudiant la lumière (spectres) émergeant des galaxies.

Dans cette nouvelle étude dirigée par UC Riverside, les astronomes ont mesuré directement la fraction de photons ionisants s'échappant du fer à cheval cosmique, une galaxie lointaine à lentille gravitationnelle. La lentille gravitationnelle est la déformation et l'amplification d'un objet d'arrière-plan par la courbure de l'espace et du temps en raison de la masse d'une galaxie au premier plan. Les détails de la galaxie en arrière-plan sont donc agrandis, permettant aux chercheurs d'étudier plus clairement sa lumière et ses propriétés physiques.

Basé sur le modèle de palissade, une fraction d'échappement de 40 pour cent pour les photons ionisants du fer à cheval était attendue. Par conséquent, le fer à cheval représentait une opportunité idéale pour obtenir pour la première fois un clair, image résolue de fuites de photons ionisants pour aider à comprendre les mécanismes par lesquels ils s'échappent de leurs galaxies hôtes.

L'équipe de recherche a obtenu une image profonde du fer à cheval avec le télescope spatial Hubble dans un filtre ultraviolet, leur permettant de détecter directement les photons ionisants qui s'échappent. Étonnamment, l'image n'a pas détecté de photons ionisants provenant du fer à cheval. Cette équipe a limité la fraction de photons échappés à moins de 8 %, cinq fois plus petit que ce qui avait été déduit par les méthodes indirectes largement utilisées par les astronomes.

"L'étude conclut que la fraction précédemment déterminée de rayonnement ionisant s'échappant des galaxies, tel qu'estimé par la méthode indirecte la plus répandue, est probablement surestimé dans de nombreuses galaxies, " a déclaré Brian Siana, co-auteur du document de recherche et professeur adjoint à UC Riverside. "L'équipe se concentre maintenant sur la détermination directe de la fraction des photons ionisants qui s'échappent qui ne reposent pas sur des estimations indirectes."

Ce papier, « La fraction d'échappement du continuum de Lyman du fer à cheval cosmique :un test d'estimations indirectes, " a été publié dans le Journal d'astrophysique .