why the universe can be transparent, explained
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| Reionization as illustrated by data from the Hubble and Chandra space telescopes. Credit: NASA/CXC/M.Weiss. |
Two papers published by an assistant professor at the University of California, Riverside and several collaborators explain why the universe has enough energy to become transparent.
The study led by Naveen Reddy, an assistant professor in the Department of Physics and Astronomy at UC Riverside, marks the first quantitative study of how the gas content within galaxies scales with the amount of interstellar dust.
This analysis shows that the gas in galaxies is like a "picket fence," where some parts of the galaxy have little gas and are directly visible, whereas other parts have lots of gas and are effectively opaque to ionizing radiation. The findings were just published in The Astrophysical Journal.
The ionization of hydrogen is important because of its effects on how galaxies grow and evolve. A particular area of interest is assessing the contribution of different astrophysical sources, such as stars or black holes, to the budget of ionizing radiation.
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| Schematic timeline of the universe, depicting reionization's place in cosmic history. Credit: NASA. |
Most studies suggest that faint galaxies are responsible for providing enough radiation to ionize the gas in the early history of the universe. Moreover, there is anecdotal evidence that the amount of ionizing radiation that is able to escape from galaxies depends on the amount of hydrogen within the galaxies themselves.
The research team led by Reddy developed a model that can be used to predict the amount of escaping ionizing radiation from galaxies based on straightforward measurements on how "red," or dusty, their spectra appear to be.
Alternatively, with direct measurements of the ionizing escape fraction, their model may be used to constrain the intrinsic production rate of ionizing photons at around two billion years after the Big Bang.
These practical applications of the model will be central to the interpretation of escaping radiation during the cosmic "dark ages," a topic that is bound to flourish with the coming of 30-meter telescopes, which will allow for research unfeasible today, and the James Webb Space Telescope, NASA's next orbiting observatory and the successor to the Hubble Space Telescope.
The research ties back to some 400,000 years after the Big Bang, when the universe entered the cosmic "dark ages," where galaxies and stars had yet to form amongst the dark matter, hydrogen and helium.
A few hundred million years later, the universe entered the "Epoch of Reionization," where the gravitational effects of dark matter helped hydrogen and helium coalesce into stars and galaxies. A great amount of ultraviolet radiation (photons) was released, stripping electrons from surrounding neutral environments, a process known as "cosmic reionization."
Reionization, which marks the point at which the hydrogen in the Universe became ionized, has become a major area of current research in astrophysics. Ionization made the Universe transparent to these photons, allowing the release of light from sources to travel mostly freely through the cosmos.
Sources: UC Riverside, Wikipedia
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El por qué el Universo puede ser transparente explicado
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| Simulation of galaxies during the Reionization era. Credit: M. Alvarez, ESO |
Dos publicaciones de un profesor adjunto en la Universidad de California en Riverside y varios colaboradores explican porque el Universo tiene la suficiente energía para ser transparente.
La investigación liderada por Naveen Reddy, un profesor adjunto en el Departamento de Física y Astronomía en la UC Riverside, ponen de manifiesto lo que es el primer estudio cuantitativo de cómo el contenido de gas en galaxias se mide con la cantidad de polvo interestelar.
Este análisis muestra que el gas en las galaxias es como “un cercado”, en donde algunas partes de la galaxia tienen poco gas y son directamente visibles, mientras que hay partes con mucha cantidad de gas y son de forma efectiva opaca a la radiación ionizante. Los hallazgos han sido publicados en The Astrophysical Journal.
La ionización del hidrogeno es importante porque por a sus efectos es como las galaxias crecen y se desarrollan. Un área de particular interés es valorar la contribución de diferentes fuentes astrofísicas, como las estrellas o agujeros negros, a la dotación de radiación de ionización.
La mayoría de estudios sugieren que las galaxias tenues son responsables de aportar la suficiente radiación para ionizar el gas en la historia temprana del Universo. Lo que, es más, hay evidencias anecdóticas de que la cantidad de radiación de ionización que se puede escapar de las galaxias depende de la cantidad de hidrogeno que hay dentro de las propias galaxias.
El equipo de investigación liderado por Reddy desarrolló un modelo que puede usarse para predecir la cantidad de radiación ionizada que se escapa de las galaxias basada en mediciones básicas de cuanto de “rojo” o polvoriento, parece ser es el espectro.
Alternativamente, con mediciones directas de la fracción de ionización que se escapa, su modelo puede ser usado para restringir el baremo de la producción intrínseca de fotones ionizados alrededor de los dos millones después del Big Bang.
Estas aplicaciones prácticas del modelo serán fundamentales para la interpretación de la radiación escapada durante la “edad oscura,” un tema que está por florecer con la llegada de los telescopios de 30 metros, lo que permitirá alcanzar estudios que a día de hoy son irrealizables, y el Telescopio Espacial James Webb, el próximo observatorio orbital de la NASA y sucesor del Telescopio Espacial Hubble.
La investigación se remonta hasta los 400.000 después del Big Bang, cuando el Universo entró en la “edad oscura” cósmica, en donde las galaxias y las estrellas tenían aun que formarse en medio de la materia oscura, hidrogeno y el helio.
Unos pocos de cientos de millones de años después, el universo entro en la “época de la reionización,” en donde los efectos gravitacionales de la materia oscura ayudo al hidrogeno y la helio fusionarse en estrellas y galaxias. Una gran cantidad de radiación ultravioleta (fotones) se liberó, dejando huérfano de electrones los alrededores de los medios ambientes neutrales, un proceso conocido como “reionización cósmica.”
Una reionización, que marca el punto en el que el hidrógeno y el Universo se quedaron ionizado, y que se ha convertido en un área importante de investigación en la astrofísica. La ionización hizo el Universo transparente a los fotones, permitiendo la liberación de la luz de sus orígenes para viajar de forma mayoritariamente libre a través del cosmos
Fuentes: UC Riverside, Wikipedia
