Eksplozije supernova trebale bi raspršiti plin i otvoriti prolaze kroz koje snažno zračenje zvijezda napušta galaksije. No Hubbleove opservacije šest obližnjih galaksija upućuju na suprotan učinak: ondje gdje su galaktički vjetrovi brži, manji dio ionizirajuće svjetlosti uspijeva izaći. Najviše je zračenja izlazilo u ranijoj fazi, prije razvoja takvih vjetrova.
Nalaz se odnosi na jedno od važnih pitanja o ranom svemiru. Prve galaksije morale su proizvesti dovoljno ultraljubičastog zračenja da promijene stanje vodika između njih. Ali proizvodnja te svjetlosti nije bila dovoljna. Ona je najprije morala proći kroz plin i prašinu vlastite galaksije.
Svjetlost koja je ionizirala međugalaktički plin
Tijekom kozmičke reionizacije, u prvoj milijardi godina nakon Velikog praska, energetski bogati fotoni odvajali su elektrone od atoma neutralnog vodika. Plin je time prelazio u ionizirano stanje. Astronomi nastoje utvrditi koji su izvori dali najveći doprinos tom procesu i kako je njihovo zračenje stizalo do međugalaktičkog prostora.
Masivne zvijezde proizvode fotone dovoljno visoke energije da ioniziraju vodik. To je zračenje Lymanova kontinuuma, valnih duljina kraćih od 91,2 nanometra. Neutralni vodik može ga snažno apsorbirati, pa ukupna količina nastale svjetlosti ne govori koliko će je napustiti galaksiju. Važan je i raspored materijala oko zvijezda.
Galaksije iz kojih izlazi takvo zračenje omogućuju provjeru mogućih mehanizama. U nekim modelima presudne su eksplozije supernova: njihovom energijom potaknuti vjetrovi trebali bi ukloniti prepreke i olakšati izlazak fotona.
Šest galaksija u različitim fazama stvaranja zvijezda
Cody Carr i suradnici u radu objavljenom u časopisu Nature Astronomy usporedili su šest inače sličnih lokalnih galaksija koje se razlikuju po starosti intenzivnih epizoda stvaranja zvijezda. Takav im je uzorak omogućio da usporede različite razvojne faze, umjesto da čekaju milijune godina da se jedan objekt promijeni.
Analizirali su spektre dobivene Hubbleovim instrumentom Cosmic Origins Spectrograph i usporedili ih s udjelom ionizirajućeg zračenja koje izlazi iz pojedine galaksije. Apsorpcijske linije nastaju kada plin zaustavi svjetlost na određenim valnim duljinama. Njihov položaj i oblik otkrivaju kretanje plina, pa se iz spektra može rekonstruirati i galaktički vjetar.
U uzorku je izlazak ionizirajućeg zračenja bio najveći kada je zvjezdana populacija bila mlađa od približno tri milijuna godina. Tada već djeluju snažno zračenje i vjetrovi masivnih zvijezda, ali još nema brzog galaktičkog vjetra. U razvijenijim sustavima istraživači su pronašli brže tokove plina i više prašine, uz slabiji izlazak ionizirajuće svjetlosti.
Vjetar može premjestiti prepreku, a ne ukloniti je
Prema tumačenju autora, vjetrovi potaknuti supernovama mogu zahvatiti okolni plin i premjestiti ga tako da zaklanja veći dio izvora zračenja. Plin se tada kreće, ali i dalje presreće fotone. Brži vjetar stoga ne mora značiti prohodniji izlaz iz galaksije.
Rezultati daju veću važnost procesima koji djeluju prije prvih eksplozija supernova. Zračenje mladih zvijezda i njihovi lokalni vjetrovi mogli bi pripremiti uvjete za izlazak svjetlosti u toj ranoj fazi. To razlikuje vjetrove pojedinih zvijezda od mnogo većih tokova plina koje supernove mogu pokrenuti kroz galaksiju.
Šest promatranih galaksija nisu galaksije iz same epohe reionizacije. Riječ je o bližim sustavima čija intenzivna aktivnost pruža priliku za detaljniju provjeru fizike važne za rani svemir. Njihovo ponašanje ne mora opisivati svaku galaksiju niti svaku kasniju fazu njezina razvoja.
Sljedeća je provjera proširiti opservacije na više objekata i utvrditi koliko je čest takav redoslijed događaja. Za simulacije reionizacije važno je kada zračenje izlazi: model koji se oslanja na otvaranje prolaza nakon supernova mogao bi propustiti raniju fazu u kojoj galaksija već otpušta najveći dio ionizirajuće svjetlosti.
