Esta es una publicación invitada y escrita por Ryley Owens, estudiante de licenciatura en física y astrofísica de la Universidad de Cincinnati. Ryley estudia la relación entre la distribución del gas de hidrógeno neutro y el movimiento de la radiación de Lyα. Fuera de la investigación y sus clases, Ryley está involucrado en la mentoría y enseñanza de la física. En su rato libre, ¡él está aprendiendo a montar en monociclo!
Título: The Sunburst Arc: Direct Lyman ɑ escape observed in the brightest known lensed galaxy
Autores: T. E. Rivera-Thorsen, H. Dahle, M. Gronke, M. Bayliss, J. R. Rigby, R. Simcoe, R. Bordoloi, M. Turner, and G. Furesz
Institución del primer autor: Instituto d eAstrofísica Teórica, Universidad de Oslo
Estado: Publicado en Astronomy and Astrophysics [Acceso abierto]
Astrobites original: How was the universe reionized? Cosmic sunbursts provide hints
Después de la Gran Explosión, cuando el universo se enfrió lo suficiente para que los protones y los electrones formaran materia neutra, un proceso poco conocido llamado reionización, ionizó esta materia neutra de nuevo en sus partículas elemetales. La radiación que se sospecha produce esta ionización se llama el continuo de Lyman (LyC), que puede ser producida por fuentes de alta energía, como estrellas masivas calientes. Comprender las fuentes de LyC y cómo viaja es fundamental para resolver el problema de la reionización.
Se piensa que las galaxias con formación estelar joven son la fuente más dominante de radiación de LyC en el contexto de la reionización. Sin embargo, estas galaxias suelen contener grandes cantidades de hidrógeno neutro, lo que hace que la radiación LyC disminuya su intensidad a medida que el hidrógeno se ioniza ya que la luz es absorbida por un electrón libre. Por lo tanto, identificar dónde se origina la radiación LyC y cómo se escapa al enorme Universo sigue siendo un reto.
Observación
Para abordar estos problemas, los astrónomos observaron una galaxia antigua denominada “Sunburst Arc”, que es un objeto ideal de fotones LyC por varias razones. Primero, se sabe que la radiación LyC se escapa. Segundo, observamos la galaxia como fue poco después del final de la etapa de reionización. Tercero, la galaxia tiene lentes gravitacionales muy intensas, lo que significa que la luz se magnifica y parece más grande en tamaño de lo que se esperaría. Esto hace que Sunburst Arc sea más fácil de observar e identificar detalles más finos en su estructura.
Para entender el mecanismo de escape de la radiación LyC observada en la galaxia Sunburst Arc, necesitamos una prueba eficaz de la distribución de su hidrógeno neutro. La radiación ultravioleta emitida durante la transición del primer estado excitado al estado fundamental en los átomos de hidrógeno, llamada emisión Lyman ɑ (Lyɑ), es una excelente opción. Esta emisión es extremadamente abundante y puede ser absorbida y reemitida muchas veces por hidrógeno neutro antes de que lo observemos. Esta absorción y remisión, llamada dispersión, codifica información sobre el hidrógeno que ionizaó la radiación, lo que la convierte en una gran herramienta para aprender sobre la distribución del hidrógeno neutro en galaxias distantes.
Los astrónomos utilizaron el espectrógrafo Magellan Echellete, un instrumento del telescopio Magellan-I (Baade), para medir la radiación de Lyɑ del arco generado por la lente gravitacional de Sunburst Arc. El espectrógrafo opera principalmente en longitudes de onda ópticas, pero también es capaz de detectar la radiación ultravioleta Lyɑ debido al fuerte corrimiento al rojo debido a la distancia de la galaxia, lo que hace que la radiación Lyɑ se desplace a longitudes de onda ópticas.
Figura 1: Tres métodos predichos para el escape de los fotones de LyC (continuo de Lyman) (rojo) y el perfil espectral esperado de Lyɑ (Lyman alfa) (azul). Izquierda: Una fina capa de hidrógeno neutro cubre la fuente, absorbiendo de forma incompleta los fotones de LyC que se escapan. Centro: densos grupos de hidrógeno neutro rodean la fuente y los fotones de LyC se escapan entre sus espacios. Derecha: Una capa gruesa pero “perforada” de hidrógeno neutro cubre la fuente. Los fotones de LyC escapa por los agujeros. Crédito: Figura 2 del artículo original.
Resultados
Los autores del artículo de hoy, observaron por primera vez un perfil de Lyɑ de tres picos, que tiene un pico central alto flanqueado por dos picos más pequeños (Figura 2). Hasta ahora, este perfil no se ha observado en ningún otro lugar, pero es consistente con el método de escape que se muestra en el panel derecho de la Figura 1. El pico central indica la emisión no dispersada de la fuente, mientras que los dos picos más pequeños a cada lado muestran los efectos de una dispersión significativa de un medio de hidrógeno neutro circundante. El pico central en realidad muestra signos de absorción similar, aunque con menor absorción, en su lado desplazado al azul, lo que sugiere la presencia de una fracción neutra de hidrógeno de baja velocidad entre nosotros y el objeto, probablemente en el gas interestelar o circungaláctico de la galaxia.
Figura 2: Izquierda: perfil de Lyɑ observado de la galaxia (negro), superpuesto por un modelo de mejor ajuste (verde). El pico central es la radiación directamente de la fuente que escapa a través de los canales que se muestran en el tercer panel de la Figura 1. Los picos izquierdo (corrido al azul) y derecho (corrido al rojo) son radiación que ha sido dispersada por el acercamiento (corrimiento al azul) y el alejamiento (corrimiento al rojo) de una capa de hidrógeno neutro en expansión como se muestra en la Figura 1. Derecha: Modelar el pico central con un ajuste de Gaussiana y restarlo del perfil proporciona un modelo que ajusta mejor los dos picos más pequeños (naranja). Crédito: Figura 4 del artículo original.
Modelar y explicar mejor esta característica única de línea de Lyɑ de Sunburst Arc es crucial para mapear su distribución de hidrógeno neutro, que debido a la intensidad de su lente gravitacional, puede ser posible analizar a escalas muy pequeñas. La distribución de hidrógeno del arco de la lente nos permitirá comprender su relación con la fuerte fuga de fotones de LyC de la galaxia y tal vez plantear la hipótesis de nuevas explicaciones para el mecanismo que impulsó la reionización. Puede ser que la distribución de hidrógeno neutro que permite el escape de los fotones de LyC sea más común durante un período anterior del universo que en la actualidad.
La investigation de esta galaxia continua. Otras observaciones para determinar cómo los fotones ionizantes escapan de la galaxia son parte del Ciclo 1 de las operaciones del Telescopio Espacial James Webb.
Astrobite editado por Tarini Konchady Crédito de la imagen destacada: NASA, ESA y E. Rivera-Thorsen (Instituto de Astrofísica Teórica de Oslo, Noruega)
Comentarios
Aún no hay comentarios.