Водород является основным элементом обычной материи (5%) во Вселенной, которая в основном состоит из более многочисленной темной материи (27%) и преобладающей темной энергии (68%). Во время стадии высокой температуры сразу после рождения Вселенной около 14 миллиардов лет назад атом водорода был ионизирован, то есть разделился на нуклон и электрон.
Когда температура упала примерно через 400 000 лет после рождения Вселенной, нуклон и электрон вместе образовали нейтральные атомы водорода. Тогда Вселенная стала прозрачной для излучения, и светоизлучающие объекты стали видимыми.
В нынешней Вселенной большая часть водорода существует в виде диффузного ионизированного межгалактического газа. Чтобы объяснить эту разницу между прошлым и настоящим, должна быть переходная эра реионизации после темного века Вселенной, которая была заполнена нейтральным газом. Однако ученые пока не знают, когда произошел этот переход, и не понимают, как происходил процесс.
Одна из серьезных возможностей состоит в том, что ультрафиолетовое (УФ) излучение галактик первого поколения во Вселенной возрастом в один миллиард лет ионизировало водородный газ. Следовательно, очень важно определить, когда произошла повторная ионизация относительно образования первого поколения светоизлучающих объектов.Когда астрономические объекты далеки, это означает, что они тоже из далекого прошлого. Недавние наблюдения с помощью больших наземных телескопов позволили астрономам изучать галактики, квазары (примечание 4) и гамма-всплески в течение одного миллиарда лет после рождения Вселенной.
Если объект уже существовал в то время, когда происходила реионизация, он должен был окружать его нейтральным газообразным водородом. Хотя было много попыток обнаружить такой нейтральный газ, четких доказательств этого не было.Предыдущие наблюдательные подходы к его открытию были сосредоточены на галактиках или квазарах.
Наблюдения за галактиками носят косвенный характер, так как количество уменьшается, когда нейтральный газообразный водород заслоняет их свет. Наблюдения за квазарами напрямую измеряют особенности поглощения в их спектрах, вызванные нейтральным водородом.
Однако квазары встречаются в наиболее развитых регионах эволюции галактик, и их собственное излучение ионизирует окружающий материал. Эти факторы затрудняют оценку нейтрального газа в этой среде. Напротив, гамма-всплески позволяют напрямую измерять нейтральный водород, а также преодолевают недостатки подхода квазаров.Хотя исследования, основанные на гамма-всплесках, очень желательны, редкое появление гамма-всплесков, достаточно ярких для проведения подробного анализа, было проблемой.
Единственными доступными ранее данными о реионизации был отчет нынешней группы за 2006 г. о данных наблюдений GRB 050904 с телескопа Субару («Вселенная повторно ионизировалась через 900 миллионов лет после рождения»). Эти прошлые данные доказали, что скорость ионизации уже была высокой в ту эпоху, без каких-либо признаков межгалактического нейтрального водорода.
Нынешняя исследовательская группа использовала FOCAS Subaru Telescope для обнаружения послесвечения GRB 130606A 6 июня 2013 года и очень подробно изучила его спектр. Его послесвечение было достаточно ярким в видимом диапазоне длин волн для анализа, несмотря на большое расстояние при красном смещении 5,913.
Его расстояние позволяет расположить объект во время, близкое к предполагаемой эре реионизации. Данные телескопа Субару ясно показывают, что наблюдаемая абсорбционная характеристика объясняется межгалактическим нейтральным газом водорода. Дальнейший анализ привел к выводу, что более 10% газообразного водорода было нейтральным по отношению к общему количеству водорода. Это означает, что во Вселенной еще была высокая доля нейтрального газообразного водорода, когда ей был один миллиард лет.
Это первый раз, когда исследовательская группа провела количественное измерение такой высокой доли нейтрального газа в эту эпоху.Это открытие знаменует собой важное начало для ученых в понимании эпохи, предшествовавшей реионизации.
Телескопы следующего поколения, будь то космические или наземные, такие как будущий Тридцатиметровый телескоп (TMT), определенно покажут, как галактики первого поколения сформировались в изначальной Вселенной, и более четко определят процесс перехода из непрозрачного состояния, Вселенная, заполненная нейтральным водородом, превращается в прозрачную, реионизированную.Примечания:Спектр и спектроскопия Спектроскопическое наблюдение измеряет свет, разделенный на диапазон разных длин волн, то есть его спектр, что похоже на изучение радуги света, рассеянного призмой.
Поскольку свет разделяется на мелкие фракции в узком диапазоне длин волн, для такого наблюдения требуется очень яркий источник света, длительное время интегрирования и очень чувствительный прибор.Гамма-всплеск. Далекий объект внезапно становится ярче и обнаруживается первым по длине волны гамма-излучения. Взрыв длится от нескольких до нескольких десятков секунд.
Поскольку это происходит в очень далекой Вселенной, на расстоянии более десяти миллиардов световых лет, энергия, которую он затрачивает, огромна. Есть два класса GRB в зависимости от продолжительности их взрывов: а) короче 2 секунд и б) дольше 2 секунд. GRB 130606A относится к классу большей продолжительности. Вероятно, это произошло в результате взрыва сверхновой сверхмассивной звезды, и наблюдатели видят ее лицом, когда струя приближается к наблюдателю и не наклоняется.
Это не обычная сверхновая; его энергия чрезвычайно высока, но встречается гораздо реже.Красное смещение Расширение Вселенной влияет на длину волны света от далеких объектов, заставляя их свет смещаться в сторону большей длины волны при наблюдении, и он становится более красным; отсюда и термин «красное смещение».
Величина красного смещения (z) определяется видимой длиной волны спектральных линий от этого объекта на (1 + z) длиннее, чем длина волны остального кадра (то есть, когда это статический объект по отношению к наблюдателю). Изучаемый здесь объект имеет красное смещение z = 5,913, то есть спектральная линия водорода Лайман-альфа при 1216 ангстрем (A) в системе покоя обнаружена при 8406 A, когда Вселенной было около одного миллиарда лет. Этот далекий объект показывает большее красное смещение, помещая его в более раннюю Вселенную.
Квазар Активное ядро галактики получает свою высокую энергию из газа, аккрецирующего в центре сверхмассивной черной дыры. Его высокая светимость позволяет исследователям обнаружить его даже на большом расстоянии, и он становится удобным инструментом для изучения далекой Вселенной.