Фотография звездообразующей галактики Мессье 82. Фото: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team; STScI/AURA
Ранняя Вселенная имела крайне высокую температуру, но затем она быстро расширялась и охлаждалась, что позволило основному её элементу – водороду объединиться в нейтральные атомы. Когда и как эти нейтральные атомы, являющиеся основой межгалактического газа, стали реионизированными, остаётся загадкой. Астрономы считают, что ультрафиолетовое излучение, испускаемое массивными молодыми звездами, запустило этот процесс миллиарды лет назад в эру, называемой «эрой реионизации».
Однако астрономы знают, что звездообразующие галактики богаты плотным молекулярным газом и пылью, и эта пыль также поглощает большую часть ультрафиолетового излучения. Это говорит о том, что требуется какой-то другой значительный источник ионизирующего излучения, и предположение включало возможное существование экзотических объектов, таких как слабые квазары, рентгеновские двойные звезды или, возможно, даже распадающиеся / аннигилирующие частицы. Однако пока имеется мало доказательств того, что какой-либо из них достаточно распространен или способен выполнять свою работу.
Астрономы Рохан Найду, Сандро Такчелла, Шарлотта Мейсон, Свонак Бозе и Чарли Конрой попытались лучше оценить самый неопределенный параметр в этой головоломке (и самый трудный для непосредственного измерения): долю выхода ионизирующих фотонов. Они сравнивают измерения и модели двух других ключевых процессов: скорости звездообразования в галактиках и количества производимых ультрафиолетовых фотонов. Они применяют их для ограничения того, какой должна быть доля выхода, чтобы согласовать моделирование. Измерения не вызывают сомнений, но модели различаются, и ученые выбрали два типа: те, в которых доля побега постоянна в эпоху реионизации, и те, в которых она зависит от скорости звездообразования.
Астрономы пришли к нескольким важным выводам. Доля побега (по крайней мере, для ярких галактик) должна составлять около 20% в ранней Вселенной, что примерно в два раза больше, чем было получено ранее. Используя космологическое моделирование, они также обнаружили, что всего за триста миллионов лет молодая Вселенная превращается из 90% нейтрального газа в 10% нейтральную. Кроме того, они считают, что большая часть реионизации была сделана небольшим количеством самых массивных и ярких галактик, которые они называют «олигархами».